长链非编码RNA DRAR调控拟南芥干旱胁迫应答机制研究

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:baronsong2009
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干旱胁迫会严重影响植物正常的生长发育过程,对农业生产而言其影响尤为严重,会给农业生产带来巨大损失。近年来,由于气候变化导致的温度升高和水资源匮乏,我国干旱灾害频发,严重威胁我国的粮食安全。因此,开展植物响应干旱的生理机制研究,并借此对农作物进行抗旱性改良,培育高产与抗旱性强的作物新品种,可以为我国未来农业生产的稳定可持续发展提供解决方案。已有研究表明长链非编码RNA(lnc RNAs)在植物响应干旱胁迫应答中起到了至关重要的作用,但关于lnc RNAs的功能、特征和机制研究尚处于初步阶段,特别是lnc RNAs参与调控植物干旱胁迫应答的具体分子机制仍不清楚。本研究前期利用RNA-seq技术系统地分析了拟南芥全基因组的lncRNAs,从中鉴定到一个拟南芥根部特异表达的长链非编码RNA,DRAR,该长链非编码RNA突变会导致植株的耐旱性降低。本研究探究了DRAR在拟南芥干旱胁迫应答中的生物学功能和调控机制。具体研究结果如下:1)表型分析发现,与野生型拟南芥相比,drar突变体植株的耐旱性下降,对外源ABA敏感性降低,其莲座叶叶片失水速率加快,并且其莲座叶叶片气孔的张合度增大,这表明DRAR可能通过调控叶片气孔的张合程度来影响植株的耐旱性。2)DRAR在拟南芥根部特异性表达,RT-PCR实验表明在DRAR位点上是双向转录的,核质分离实验发现DRAR主要富集在细胞核中,表明DRAR可能通过在转录水平调控其他基因表达的方式来参与调控植物干旱胁迫应答,并进一步说明了DRAR不具备编码蛋白的能力。3)在DRAR的缺失突变体背景下,分别构建了DRAR的正向转录本和反向转录本的回补和过表达材料,并进行了ABA表型实验,发现反向转录本的回补材料对ABA的敏感性与野生型一致,其气孔的张合程度与野生型一致。过表达反向转录本使得植物对ABA更敏感,其失水速率降低,这表明DRAR的反向转录本在拟南芥干旱胁迫应答中发挥功能。4)利用酵母三杂交技术筛选到与DRAR反向转录本相互作用的蛋白RBP131和RBP208。这暗示了DRAR可能与协同蛋白一起调控下游靶基因。5)qRT-PCR实验表明,与野生型拟南芥相比,drar突变体中ABA分解代谢关键基因CYP707A1,CYP707A2,CYP707A3与CYP707A4的表达量上调,而ABA生物合成关键基因NCED4和NCED5的表达明显下调。这暗示DRAR可能是通过影响ABA合成与代谢基因的表达来改变植物体内ABA的含量,从而来调控植物干旱胁迫应答。综上所述,研究结果表明DRAR可以通过调控植物体内ABA的合成和降解,影响植物气孔的张合程度,最终影响植物的耐旱性。本研究丰富了大家对lnc RNAs的新生物学功能与作用机制的认识,完善了植物干旱胁迫应答的信号通路,并且为耐旱作物新品种的培育提供了理论依据。
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