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东农冬麦1号(Dn1)是首例能够在黑龙江省安全越冬的强抗寒冬小麦品种,目前很多抗寒基因已被研究,这些研究对于东北地区冬小麦抗寒研究极为重要。γ-氨基丁酸代谢途径(GABA)作为三羧酸循环(TCA)的一个代谢旁路,为三羧酸循环提供中间体。当植物遭受非生物胁迫时,GABA可以维持体内代谢平衡,因此,该途径是植物抵御非生物胁迫的关键途径。谷氨酸脱羧酶(GAD)和γ-氨基丁酸转氨酶(GABA-T)是γ-氨基丁酸代谢途径的两个关键酶。本研究以四个温度下的Dn1的c DNA为模板,进行TaGAD和TaGABA-T基因表达量的分析,然后将其进行克隆,再进行生物信息学预测分析,并且构建超表达载体,在拟南芥中超表达,探讨TaGAD和TaGABA-T响应低温胁迫的生理分子机制。研究结果如下:(1)TaGAD蛋白由487个氨基酸组成,亚细胞定位表示该蛋白在叶绿体中,为弱酸性稳定蛋白质;TaGABA-T蛋白由508个氨基酸组成,亚细胞定位表示该蛋白在线粒体中,为弱酸性不稳定蛋白质。两个蛋白二级结构预测都是α-螺旋(H)和无规则卷曲(C)占大部分。同源序列比对显示,TaGAD蛋白与大麦、节节麦中GAD蛋白的同源性达到了95%以上;TaGABA-T蛋白与节节麦中GABA-T蛋白的同源性为96.5%。(2)随着温度的降低,Dn1分蘖节和叶片中的TaGAD和TaGABA-T表达量逐渐升高,分蘖节和叶片中的TaGABA-T表达量明显高于TaGAD;经过ABA处理后,Dn1分蘖节和叶片中TaGAD和TaGABA-T的表达增加,即低温胁迫下ABA正向调节TaGAD和TaGABA-T的表达。(3)克隆得到TaGAD和TaGABA-T的全长CDS序列,成功构建了融合TaGAD和TaGABA-T超表达载体,转化拟南芥获得超表达阳性植株。(4)对野生型和超表达拟南芥植株进行室内低温胁迫(4℃、0℃、-10℃)处理,分别于四个温度下取样进行生理和分子指标检测:结果显示,TaGAD和TaGABA-T超表达植株都能够在寒胁迫后恢复到正常生长状态;同一低温下,超表达TaGAD和TaGABA-T的拟南芥都比野生型的MDA和相对电导率低;低温胁迫下,拟南芥超表达植株中TaGAD和TaGABA-T的表达量随着温度的降低升高,GAD和GABA-T酶活活性与基因表达有同样的变化规律。本研究初步证实了冬小麦TaGAD和TaGABA-T积极响应低温胁迫,在拟南芥中超表达TaGAD和TaGABA-T能够发挥其抗低温的能力。本研究结果为解析Dn1抗寒机制提供了相应的理论依据,也为冬小麦抗寒分子育种奠定了理论基础。