短命植物广泛分布于新疆荒漠地区,在防风固沙、保持水土、改善微生态环境等起着重要作用,有着群落演替Cell Biology Services的先锋植物之美誉。小鼠耳芥(Arabidopsis pumila)是十字花科短命植物,生长在新疆北部干旱少雨、盐渍化严重的荒漠地区,对盐害、冷害和干旱等多种非生物胁迫表现出十分优异的耐受性,富含众多抗逆基因。我国是世界上第三大盐碱地国家,盐碱地总面积约为9.9×10~7 hm~2,提高盐碱地利用率对我国农业的发展具有重要作用。因此挖掘和利用小鼠耳芥的基因资源,通过基因工程培育抗盐作物,对盐碱地的改良和利用有着重要意义。丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶(Mitogen-activated protein kinase kinase kinases,MAPKKKs)是MAPK级联的重要组成部分,在发育过程和胁迫反应中发挥重要功能。本论文开展了小鼠耳芥MAPKKK基因家族成员的全基因组鉴定及ApMEKK18-2基因的基因工程研究,主要研究结果如下:1.小鼠耳芥MAPKKK基因家族的鉴定、结构、进化与表达特征(1)从小鼠耳芥基因组中鉴定出143个MAPKKK基因,进化上分为RAF(87)、MEKK(36)和ZIK(20)3个亚家族。(2)RAF和ZIK亚家族的大部分基因的结构是保AY-22989守的,而MEKK亚家族在进化过程中发生了大量的外显子获取和缺失;RAF具有10个motif,MEKK含有9个,ZIK仅含有8个。(3)共线性分析表明小鼠耳芥与拟南芥(A.thaliana)和琴叶拟南芥(A.lyrata)分别存在74和72个共线性基因,说明该家族在小鼠耳芥基因组中发生了明显的扩张。(4)进化分析表明存在64对复制基因对,以纯化选择为主(Ka/Ks均小于1)。(5)ApMAPKKK基因在小鼠耳芥具有组织表达特异性,并且在250 m M Na Cl高盐胁迫下表现出4种表达特征,其中ApMEKK17-1/2和ApMEKK18-1/2显著上调表达。2.ApMEKK18-2基因表达特征(1)短时间内,250 m M Na Cl、20%PEG6000和300 m M甘露醇均能快速诱导ApMEKK18-2表达,但在1μM ABA处理下ApMEKK18-2表现出较晚的响应模式。(2)ApMEKK18-2在花、果柄、花苞和幼根等组织中高表达,但在胚芽、莲座叶、茎生叶、子叶、果荚和种子等组织中低表达。(3)ApMEKK18-2在生长发育的结荚初期和成熟期高表达,但在抽薹期、始花期和结荚中期低表达。3.ApMEKK18-2基因工程研究(1)小鼠耳芥MEKK18-2基因CDS全长为1020 bp,编码339个氨基酸。(2)在拟南芥中过表达ApMEKK18-2能LXH254 molecular weight缓解非生物胁迫对拟南芥种子萌发的抑制。(3)在水稻中进行了过量表达研究发现,转基因水稻能缓解ABA对水稻萌发和幼苗生长的抑制,并且增强盐胁迫下水稻种子的萌发能力,并能提高水稻在150 m M胁迫下的存活率。综上所述,本研究从小鼠耳芥中鉴定出143个MAPKKK基因,并且克隆了ApMEKK18-2基因;基因工程研究表明在拟南芥和水稻过量表达ApMEKK18-2能增强植物对盐胁迫的耐受性。