两个小麦LEA基因的特征及其对非生物胁迫的响应

【目的】分析小麦LEA基因TaLEA4和TaLEA5及其编码蛋白的特征，比较它们在干旱、高盐、热和冷胁迫过程中的表达模式，探讨这两个LEA基因在小麦抗逆调控过程中的生物学功能，为其在小麦抗逆分子育种中的应用提供理论依据。【方法】利用RT-PCR技术克隆小麦的LEA基因，通过生物信息学方法分析克隆基因及其编码蛋白的结构特性，采用qRT-PCR技术检测克隆基因对ABA及非生物胁迫的响应模式。【结果】克隆了2个包含完整编码框的小麦LEA基因TaLEA4和TaLEA5，分别编码180和163个氨基酸，推断其分子量分别为18.8和16.9 kD，理论等电点分别为5.6和7.2。基因组序列分析发现，2个LEA基因中均包含1个100 bp的内含子。氨基酸序列分析发现，这两个LEA基因编码蛋白均富含极性氨基酸（约占整个氨基酸序列的71%），具有较强的亲水性。结构域分析显示，TaLEA4和TaLEA5蛋白中均包含1个典型的LEA_4（pfam：02987）保守域，属于LEA_4类蛋白。蛋白质高级结构分析显示，α-螺旋分别占TaLEA4和TaLEA5蛋白的96.7%和96.3%，并可形成弓形的空间结构；在TaLEA4中，检测到1个配体PEV（C39H78NO8P）的结合位点，而在TaLEA5中存在2个这样的配体结合位点。表达特性分析显示，2个LEA基因均可被植物激素ABA诱导而上调表达，其中，TaLEA4的表达水平显著高于TaLEA5；TaLEA4在干旱、高盐和高温胁迫过程中均受胁迫诱导而迅速上调表达，但TaLEA5却只受干旱胁迫的诱导，且其表达水平显著低于TaLEA4；2个LEA基因对冷胁迫均无响应；干旱和高盐胁迫过程中，TaLEA4在根系中的诱导表达水平显著高于叶片，而热胁迫过程中该基因在叶片中的表达水平要显著高于根系，这可能与根系直接感受渗透胁迫而叶片直接感受热胁迫有关。【结论】小麦TaLEA4和TaLEA5均属于LEA基因家族的LEA_4亚类，具有较强的亲水性，它们属于依赖于ABA胁迫响应基因调控网络；TaLEA4可能在干旱、高盐和热胁迫过程中均发挥重要功能，TaLEA5仅参与小麦对干旱胁迫的响应，其作用要弱于TaLEA4。