小麦小热激蛋白全基因组分析及其核心顺式作用元件鉴定

High temperature in filling stage make remarkable reverse effect to wheat yield and quality. The small heat shock proteins (sHSPs) play an important role in plant heat tolerance by protecting heat sensitive proteins, and are regarded as the effective candidates to improve plant heat tolerance. To exploit reliable sHSPs for wheat heat tolerant practice, a systematic analyses is suggested in this proposal, including sHSPs identification, classification and evolutional strategies in wheat genome scale. Then, further key sHSPs screening in filling stage and corresponding cis-elements identification may provide valuable cues for wheat heat tolerant mechanism research and heat tolerant varieties breeding.

灌浆期高温严重影响我国小麦的产量和品质。小热激蛋白能在植物遭受热胁迫时保护热敏感蛋白，维持植物正常生长发育，是提高植物耐热性的有效工具。本研究拟系统阐明小麦全基因组中小热激蛋白的数量、分类和进化模式等信息，结合小热激蛋白在热胁迫下的表达模式，鉴定小麦应对热胁迫的主效小热激蛋白，及其核心顺式作用元件，为小麦耐热机理研究和耐热品种培育提供参考。

小热激蛋白（sHSPs）是分子量为12-42 kDa的一类热激蛋白，以分子伴侣的形式维持热敏感蛋白在高温胁迫下的正确构象。本研究首先鉴定了不同倍性麦族成员基因组中的sHSPs数量，证明其在小麦多倍体化过程中发生了显著扩增，且所复制的成员所遭受的选择压力和表达模式未发生明显变化，说明小麦基因组中具有较多的具有热响应功能的sHSPs。进化分析表明sHSPs的N端序列变化较大，从而可以与更多的底物结合，扩大其功能范围，而其它部分的序列保守，维持其热响应功能。表达模式分析表明，sHSPs在小麦发育后期，即小麦遭受热胁迫频率最高的时期，相应器官中表达量明显升高，说明小麦通过提高该时期sHSPs的本底表达水平，提高该时期响应高温胁迫的速度和能力。.sHSPs启动子内顺式作用元件分析中，发现了大量热激转录因子（HSF）的结合位点，热激作用元件（HSE），不同sHSPs启动子内部HSE的数量和模式不同。结合已产生的大量热胁迫下转录组数据，我们总结了包含sHSPs在内的所有热响应基因启动子区域内的HSE数量和模式，并分析不同HSE数量、位置和模式对其响应热胁迫能力的影响。.此外根据研究进展和研究结果，我们还在热响应关键转录因子的分子进化历程，热信号在小麦旗叶和灌浆籽粒中的传递，以及小麦旗叶和灌浆籽粒在蛋白组水平、代谢组水平和大田中对热胁迫的响应规律等方面进行了拓展研究，确定了灌浆期高温胁迫对小麦造成的具体伤害，及其影响产量的分子基础，同时建立了完整的耐热性鉴定体系，为深入的耐热性小麦种质鉴定、耐热小麦基因资源的挖掘和小麦耐热性机制研究奠定了基础。