拟南芥转录因子WRKY8调控植物盐害及茉莉酸调控冻害反应的机制研究

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WRKY蛋白是植物特有的一大类转录调控因子,模式植物拟南芥中拥有74个成员。前期研究表明WRKY转录因子在植物响应逆境胁迫的过程中发挥着重要的调控作用,然而由WRKY转录因子介导的抗逆反应调控机制任不十分清楚。本研究发现,拟南芥WRKY8基因主要在根中表达,并受盐害胁迫的强烈诱导。表型分析表明,WRKY8基因突变后拟南芥的抗盐能力显著下降,表现为在盐害胁迫下萌发率低、萌发后生长受阻、电导率高及黄化等。进一步分析表明,WRKY8转录因子与VQ9蛋白在细胞核内相互作用,形成转录复合物。VQ9蛋白是植物特有的VQ蛋白家族成员之一。亚细胞定位实验分析发现,VQ9蛋白特异性地定位于细胞核中;基因表达分析揭示,VQ9基因也受高盐胁迫的强烈诱导表达,与WRKY8基因具有相似的时空表达特性。VQ9蛋白与WRKY8转录因子相互作用能抑制WRKY8结合下游DNA序列,表明VQ9蛋白可能拮抗WRKY8转录因子在调控盐害反应方面的生物学功能。为了进一步验证该假设,我们分析了vq9突变体在抗盐害胁迫方面的表型。结果显示,拟南芥VQ9基因突变后植物的抗盐能力增强,表现为在盐害胁迫下萌发率高及电导率低等。为了在分子水平了解WRKY8转录因子与VQ9蛋白的调控功能,我们分析了抗盐相关的下游基因在wrky8与vq9突变体中的表达情况。相对于野生型,RD29A、RD29B、RD20及ADH1基因在wrky8突变体中表达下降,而在vq9突变体中表达上升。进一步的分析表明,WRKY8转录因子能直接结合RD29A的启动子区域。此外,WRKY8转录因子与VQ9蛋白还参与调控植物在高盐胁迫下的Na+/K+离子平衡。综上所述,本研究证实WRKY8转录因子正调控植物的抗盐害能力,而其相互作用蛋白VQ9拮抗其调控功能。  植物激素茉莉酸(Jasmonate)是植物体内重要的生长调节物质,参与调控多种生理过程,如根的伸长、表皮毛的发育、花色素苷的积累、雄蕊育性及抗性反应等,然而茉莉酸参与调控植物抗冻反应的功能以及可能的调控机制任不清楚。本研究发现,茉莉酸正调控拟南芥的抗冻能力,外源施加茉莉酸显著提高植物的组成型及冷驯化诱导的抗冻能力。相反,阻断植物内源茉莉酸的合成及信号转导,则导致植物对冻害敏感,表现为存活率低及电导率高等。与茉莉酸正调控植物抗冻能力相一致的是,低温处理诱导内源茉莉酸合成相关酶的表达,从而提高内源茉莉酸的含量。进一步分析表明,茉莉酸信号转导途径的抑制子JAZ蛋白能与冷信号途径的关键转录因子ICE1和ICE2相互作用。定向酵母双杂交实验分析发现,JAZ1蛋白的Jas结构域以及ICE1转录因子的C端结构域介导它们的相互作用。瞬时表达实验表明,JAZ1和JAZ4抑制ICE1的转录功能,从而抑制下游冷响应基因的表达。此外,茉莉酸处理显著提高ICE转录因子下游冷响应基因的表达。综上所述,本研究结果证实茉莉酸激素通过调控ICE转录因子的转录功能从而正调控拟南芥的抗冻害能力。
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