水稻bZIP转录因子参与干旱胁迫应答反应的机制研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fsch2000
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干旱是植物所面临的主要非生物胁迫之一。植物已经进化出一系列的干旱胁迫应答机制。其中,植物激素ABA可以调节植物的干旱胁迫耐受性。目前在模式植物拟南芥的研究中发现,在ABA介导的胁迫耐受反应中,bZIP转录因子起着至关重要的作用。在拟南芥ABA-PYR/PYL/RCAR-PP2C-SnRK2-TFs信号通路中A group bZIP可以被激活的SnRK2磷酸化,通过结合G-box元件调控下游胁迫应答基因的表达。已经有很多研究表明A group bZIP转录因子参与ABA介导的胁迫应答反应,但是对于G Group bZIP成员的研究非常少。本课题以水稻G group bZIP转录因子OsbZIP45为研究对象,通过多种手段对OsbZIP45进行了一系列研究,发现了一些G group bZIP转录因子参与ABA和干旱胁迫应答反应的机制和线索。  通过转录激活、亚细胞定位和酵母杂交等方法分析OsbZIP45的生化特性,发现OsbZIP45在酵母中不具有转录激活活性,在拟南芥原生质体中有转录抑制的活性。转基因株系中OsbZIP45的亚细胞定位结果显示,OsbZIP45定位在细胞核内。ABA处理水稻原生质体实验显示ABA会使OsbZIP45在细胞核内的定位模式发生改变。酵母单杂交结果表明OsbZIP45可以特异地结合G-box元件。酵母双杂交实验显示OsbZIP45可以形成同源二聚体,还可以与其他G group的成员形成异源二聚体,但是OsbZIP45并不能与所检测的A group bZIP成员在酵母中互作。这表明OsbZIP45可能通过同源二聚体或与G group bZIP成员形成异源二聚体,并结合G-box元件来参与对下游基因的转录抑制。  对OsbZIP45的表达模式分析发现,OsbZIP45在水稻各个组织中均有表达,并且其表达能被ABA强烈诱导。干旱,高盐、寒冷、过氧化物等非生物胁迫都可以诱导OsbZIP45的表达上调。利用ABA合成缺陷突变体Osaba(l)的分析显示,OsbZIP45的胁迫诱导表达依赖于ABA。分析OsbZIP45的生物学功能发现,OsbZIP45过表达株系不耐受干旱胁迫而干扰株系的干旱胁迫耐受性相对于野生型显著增强。Real-timePCR显示过表达株系中几个胁迫应答基因的表达都明显受到抑制,这表明OsbZIP45可能通过抑制干旱胁迫相关基因的表达从而降低水稻的干旱胁迫耐受性。我们检测了ABA对OsbZIP45过表达转基因株系和RNA干扰株系的影响。结果显示OsbZIP45过表达株系在萌发和幼苗阶段对ABA敏感,而干扰株系则无明显表型。因此,OsbZIP45可能参与了ABA介导的水稻胁迫应答反应,并且降低了水稻的干旱胁迫耐受性。  体内磷酸化实验检测结果显示ABA和干旱胁追处理后可以使OsbZIP45被磷酸化。OsbZIP45可以结合G-box参与ABA介导的水稻胁迫应答反应,这种模式和Agroup bZIP的作用方式类似,所以我们检测OsbZIP45是否被SnRK2s磷酸化参与ABA信号通路。但是体外磷酸化实验结果显示,OsbZIP45并不能直接被SnRK2s磷酸化,而且其他两个G group bZIP成员OSBZ8和OsbZIP_1a也不能直接被SnRK2s磷酸化。这暗示着水稻体内可能存在着其他的蛋白激酶来负责OsbZIP45等Ggroup bZIP成员的磷酸化,G group bZIP成员和A group bZIP成员参与ABA信号通路的方式可能不尽相同。  通过对OsbZIP45的生化特性、生物学功能及信号转导途径的研究,我们发现OsbZIP45作为转录抑制子负调控了ABA介导的水稻干旱胁迫耐受反应,但是它可能不直接通过SnRK2s途径参与ABA信号通路。我们对OsbZIP45的研究,为揭示水稻其他G group bZIP转录因子的功能提供了参考,为研究ABA的其他信号传导方式提供了新的线索,也为研究水稻的干旱胁迫耐受反应机制提供了理论依据。
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