小麦热胁迫应答基因TaANTL调控植物耐热性的功能解析

High temperature has become the major environmental factor which limited growth, nutrient accumulation and yield of crop plants. Studies on the mechanisms of thermo-resistant not only help us understand this dynamic response process, but also have theoretical and practical significance in improvement of yield and quality. During previous screening of de novo transcriptome sequencing data of wheat without or with heat treatment, we found that the expression of an ANT (AINTEGUMENTA)-like transcription factor, TaANTL, could be induced by heat stress. At least seven transcript isoforms have been detected due to the alternative splicing of TaANTL, and it exhibit difference in subcellular localization and function between these transcripts. Further investigation showed TaANTL7B.1 and TaANTL7A.2 interacted with abiotic stress related transcript factor TaNF-YC7 in wheat nucleus. Based on these information, we will further investigate the biochemical functions of TaANTL and its downstream genes in heat stress regulation pathway. The relationship between temperature and alternative splicing and mechanisms of different TaANTL transcripts in heat-tolerance controlling and will also be analyzed in this project. The combination of these studies will provide an additional entry point to the molecular mechanism of wheat heat tolerance and the modification of wheat environmental adaptation by genetic improvement.

高温是影响作物生长、营养积累和产量的形成的主要环境因子。深入对耐热调控机制的研究，不仅能更加透彻地理解这一动态响应过程，而且对提高作物产量和品质有重要的理论和实践意义。在对小麦热处理与对照材料的转录组测序结果的分析过程中，我们发现一个小麦ANT家族转录因子TaANTL的表达水平受热胁迫诱导显著上调。由于存在可变剪切，在小麦中检测到至少7个TaANTL基因的转录本，这些转录本的编码蛋白在亚细胞定位以及功能上有显著的差异。进一步发现，TaANTL7B.1 and TaANTL7A.2的编码蛋白可以和另一个非生物胁迫相关的转录因子NYF-C7互作。基于这些工作基础，本项目将对TaANTL的生化功能，所调控的热胁迫通路下游基因，温度与可变剪切之间的关系以及不同转录本参与热胁迫调控的机制等相关科学问题作进一步的研究。本研究将进一步解析小麦耐热的分子机制，并对小麦环境适应性的遗传改良提供新的切入点。

高温是影响作物生长、营养积累和产量的形成的主要环境因子。深入对耐热调控机制的研究，不仅能更加透彻地理解这一动态响应过程，而且对提高作物产量和品质有重要的理论和实践意义。在对小麦热处理与对照材料的转录组测序结果的分析过程中，我们发现一个小麦ANT家族转录因子TaANTL的表达水平受热胁迫诱导显著上调。由于存在可变剪切，在小麦中检测到至少7个TaANTL基因的转录本，其中6种可变剪切体根据3'端重复序列VNL的个数分为3种形式 （α型，β型和γ型）。TaANTL7A.1，TaANTL7B.1和TaANTL7D.1具有相似的结构（α型），都含有双AP2结构和两个VNL序列；TaANTL7B.2和TaANTL7D.2与α型相比少了一个VNL序列（γ型）；而TaANTL7A.2与α型相比多了一个VNL序列（β型）。此外， TaANTL7B存在另一种可变剪切体TaANTL7B.3，其含有一个不完整的双AP2结构（δ型）。TaANTL7B.1和TaANTL7A.2编码蛋白在小麦原生质体中定位到细胞核，而TaANTL7B.3缺失了一段AP2序列，导致TaANTL7B.3编码蛋白不能够进入细胞核，定位在非核区域。将TaANTL7A.2进行蛋白分段亚细胞定位证明双AP2结构域对于核定位是必须的。功能验证结果表明只有包含完整的双AP2结构和VNL序列才能增强植株耐热性，说明TaANTLs参与高温胁迫响应，但不同的剪切方式在功能上有明显差异，对于分析可变剪切在进化上的意义具有重要价值。转录组重测序分析结果表明，过表达株系中下调基因的GO分类中主要为DNA复制相关基因，例如组蛋白基因，以及MCM复合体亚基。上调基因主要包含蛋白激酶，多糖结合，氧化还原，钙离子结合蛋白等。进一步发现，TaANTL7B.1 and TaANTL7A.2的编码蛋白可以和另一个非生物胁迫相关的转录因子NYF-C7互作。本研究对小麦环境适应性的遗传改良提供新的切入点。