油菜BnaWGR1和BnaMPKa调控叶片衰老的分子机制研究

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叶片的衰老与作物产量及品质密切相关。植物的叶片衰老受到植物自身生长发育、内源激素及生物与非生物胁迫等多种因素调控。植物中特有的转录因子WRKY转录因子在调控叶片衰老中有着重要作用。促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK/MPK)信号转导途径也可以通过调控相关基因的表达,将外界信号通过三级磷酸化级联放大后传入细胞内,进而引起细胞的胁迫响应。油菜作为全世界一种重要的油料作物,其产量及品质与叶片衰老的关系解析还处于初步阶段,很多衰老过程中的调控因子还不清楚。前期的研究发现油菜中一个WRKY转录因子WGR1(WRKY generating ROS1)和一个MAPK激酶(MPKa)分别参与调控叶片的衰老,本文以此为基础通过实时荧光定量RT-PCR(qRT-PCR)、凝胶阻滞分析(EMSA)、双荧光素酶报告系统(Dual-LUC)及体外激酶酶活分析(In vitro kinase assay)等实验技术,进一步系统地对其中的分子机制分别进行了解析。主要研究结果如下:1、BnaWGR1能够通过转录激活RbohD与RbohF参与ROS的生成,从而促进叶片衰老。油菜叶片衰老时期BnaWGR1的表达量显著被诱导;相同条件下生长的拟南芥过表达株系与野生型相比明显早衰,RT-qPCR数据表明过表达株系中衰老基因SAG12及ROS相关基因RbohD与RbohF的表达量显著上调。Dual-LUC实验表明,BnaWGR1能够转录激活RbohD与RbohF并引起ROS的产生;EMSA实验进一步证明了BnaWGR1转录因子与RbohD与RbohF启动子的直接结合。这说明BnaWGR1通过激活RbohD与RbohF的表达调控ROS的产生,从而促进叶片衰老。2、BnaMPKa能够被茉莉酸(JA)磷酸化激活并参与JA介导的叶片衰老。外源施加茉莉酸引起叶片衰老,拟南芥过表达BnaMPKa株系中这种衰老现象更为明显,而mpka突变体叶片则显著持绿。qPCR筛选下游靶标基因也发现,突变体mpka中JA信号传递相关基因如EIN3、ORE9、NYC1、SAG12等表达量显著下调。体外激酶活性分析实验发现,JA可以磷酸化激活BnaMPKa。这表明,JA可以磷酸化激活BnaMPKa,而磷酸化后的BnaMPKa可能通过作用于JA信号途径的相关基因来参与JA介导的叶片衰老。通过本研究,初步阐明了油菜中一个WRKY转录因子与一个MPK的功能与分子调控机制,深化了对油菜中这两个基因家族的成员的作用的认识,为通过调控关键基因的表达指导分子辅助育种以培育抗逆抗病的新品种,提高了新的思路与方式。
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