甘蓝型油菜中WRKY28调控ROS及SA介导的叶片衰老的分子机制研究

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叶片衰老在植物体内是一个高度受控的过程,对于营养转移与再利用及应对内、外界环境的变化方面有着举足轻重的作用。水杨酸(Salicylic Acid,SA)和活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)作为植物体内重要的激素或信号分子,可促进衰老的发生。WRKY转录因子基因家族是一类广泛存在于植物中的比较庞大的转录因子基因家族之一,在植物的生长发育过程中以及应对多样的生物及非生物胁迫中,发挥着极其重要的作用。但在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中,WRKY基因的研究报道很少,仍有很多成员功能尚未阐明。本研究在前期工作基础上,对油菜的WRKY28基因的功能与分子调控机制进行了较为深入的研究。首先,通过重叠延伸PCR(overlap PCR)构建了WRKY28的模拟磷酸化的点突变形式。通过在拟南芥上过表达野生型以及模拟磷酸化形式的BnaWRKY28基因,发现模拟磷酸化形式BnaWRKY28ca的过表达可促进衰老的进程并伴随有ROS的积累。在此基础上,我们通过反转录实时荧光定量PCR(q RT-PCR)、双荧光素酶报告系统(dual luciferase reporter assay,Dual-Luc)、凝胶电泳迁移率变动试验(electrophoretic mobility shift assay,EMSA)、双分子荧光互补试验(bimolecular fluorescence complementation assay,Bi FC)、免疫共沉淀试验(co-immunoprecipitation assay,Co-IP)、下拉试验(pull-down assay)及染色质免疫共沉淀试验(chromatin immunoprecipitation assay,Ch IP)等技术,探究油菜WRKY28基因调控叶片衰老的分子机制。主要研究结果如下:1、BnaWRKY28ca基因在拟南芥中过表达可促进叶片衰老。绝对定量RT-PCR结果显示,BnaWRKY28基因可特异性在衰老的叶片中表达,说明BnaWRKY28被磷酸化后正调控叶片的衰老。2、BnaWRKY28定位于核内,且作为一个转录激活子调控W-box驱动的报告基因的表达。同时,通过体内的Bi FC及Co-IP试验及体外的pull-down试验证明BnaWRKY28可与BnaCPK5、BnaCPK6及BnaCPK11发生互作。体外磷酸化试验证明BnaCPK5、BnaCPK6和BnaCPK11可磷酸化BnaWRKY28。因此,BnaCPK5、BnaCPK6及BnaCPK11可磷酸化BnaWRKY28后,通过调控下游靶标基因的表达而促进衰老。3、为了进一步探索BnaWRKY28调控叶片衰老的分子机制,q RT-PCR筛选了ROS与SA合成相关基因及衰老相关的标志基因等,发现SA合成相关基因ICS1(Isochorismate Synthase 1)与PBS3(avr Pph B susceptible 3),ROS合成相关基因Rboh D(Respiratory Burst Oxidase Homolog D)及衰老相关基因SAG14(Senescence-Associated Gene 14)与SEN4(Senescence 4)基因有明显的上调。经过EMSA及Ch IP-q PCR试验,验证BnaWRKY28ca可直接结合在这些基因的启动子区的W盒区域,并通过Dual-Luc试验表明BnaWRKY28ca可调控这些基因的表达。这些证据表明BnaWRKY28ca可能通过促进SA的积累、ROS的产生进而调控衰老的进程,同时,还可能通过直接调控衰老标志基因的表达促进叶片的衰老。本研究较为清晰地解析了油菜BnaWRKY28的功能与调控机制,为通过利用关键的WRKY转录因子基因提高油菜的产量及抗性,提供了理论基础。
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