小麦过氧化氢酶基因家族的鉴定及其在逆境胁迫下的表达模式分析

植物过氧化氢酶(catalase)基因(CAT)在分解过氧化氢以及应对各种环境胁迫中发挥着重要作用.为了进一步了解过氧化氢酶基因家族成员的功能,利用生物信息学方法从普通六倍体小麦(Triticum aestivum L.)中鉴定到10个过氧化氢酶基因(TaCATs),对其系统发育关系、蛋白质特征、染色体分布、基因结构、顺式元件和转录组进行了初步分析.采用qRT-PCR技术分析了小麦CAT基因在激素类胁迫、干旱胁迫和盐胁迫等胁迫下的的表达模式,并采用马铃薯晚疫病致病疫霉(Phytophthora infestans)对瞬时过表达的TaCAT 3和TaCAT 4烟草叶片进行抗疫霉侵染能力分析.结果表明,激素类顺式元件中数量最多的是参与脱落酸反应的顺式元件,其中TaCAT4所包含的顺式作用元件中参与激素类反应的元件最多.转录组数据表明,在小麦的不同生长发育时期、生物胁迫和非生物胁迫中,TaCATs在生物胁迫下的表达水平要高于其他2类,其中TaCAT4在白粉菌和禾谷镰刀菌胁迫下的表达量均高于对照.qRT-PCR结果表明,TaCATs在激素类胁迫中的表达量最高,其次是PEG胁迫.其中TaCAT8在ABA胁迫下2 h的表达量为0 h的250倍以上,TaCAT6在PEG胁迫下72 h的表达量接近0 h的40倍.疫霉侵染结果表明,经过瞬时过表达的TaCAT3和TaCAT4的叶片病变面积明显小于对照组.这些结果表明外界胁迫可以提高小麦CAT基因的表达,通过减少过氧化氢的过度积累来减少逆境胁迫对植物造成的危害,从而提高植物的抗逆境胁迫能力,进一步充分证明了 TaCATs在小麦抵御非生物和生物胁迫中起着重要作用.