拟南芥中一个MYB转录因子调控茉莉酸合成与抗虫的分子机制研究

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茉莉酸(Jasmonic acid,JA)是存在于高等植物体内的脂源性植物激素,在植物的生长发育、生物及非生物胁迫等过程中发挥着重要的作用。在本室前期的研究中发现,拟南芥中一个R2R3型的AtMYBx的表达受JA特异性诱导;AtMYBx能够通过调控JA合成相关基因促进JA的合成。此外,AtMYBx的过表达也能促进自然情况下及黑暗诱导下的植物提前衰老。但是,对于AtMYBx如何调控JA的合成、是否参与调控相关的抗虫、抗病反应等尚不明确。因此,本研究对AtMYBx的功能与调控机制进行了较为深入的解析。所得结果与结论如下:1.通过融合绿色荧光蛋白(Green fluorescent protein,GFP),在烟草叶片中观察了AtMYBx-GFP的亚细胞定位,结果显示AtMYBx不仅定位于细胞核中,也定位于细胞膜。通过软件预测发现AtMYBx包含多个豆蔻酰化及棕榈酰化位点,将这些位点进行突变后,AtMYBx的定位没有明显的改变。对Pro AtMYBx-GUS转基因拟南芥不同发育时期的组织器官进行GUS染色,结果显示,Pro AtMYBx在拟南芥的叶片、下胚轴、根冠、侧根原基、柱头顶端以及萼片等处均有表达。此外,在损伤处理之后,Pro AtMYBx-GUS转基因株系的损伤部位也能被GUS染色,说明损伤也可以诱导Pro AtMYBx的表达。2.在外源JA处理条件下,AtMYBx基因的过表达株系主根的伸长受到抑制;与此同时,atmybx-1的突变体株系与显性抑制株系的主根的伸长比野生型表现出不敏感。除了响应JA的处理,AtMYBx对生物逆境也有不同的响应,核盘菌试验结果表明AtMYBx过表达株系对核盘菌敏感。甜菜夜蛾饲喂试验结果显示,AtMYBx的过表达株系明显能够抵抗幼虫的噬咬。为了进一步理解AtMYBx调控的生物逆境抗性是否通过JAZs蛋白,采用了酵母双杂交技术,结果显示AtMYBx不与任何JAZs互作。3.通过实时荧光定量PCR(Quantitative Real-time PCR,q RT-PCR)与双分子荧光素酶报告试验(Dual Luciferase,Dual-LUC),筛选鉴定了AtMYBx的下游靶标基因。结果显示,AtMYBx能够激活多个编码JA与芥子油苷生物合成的酶基因的表达,包括丙二烯氧化合酶(allene oxide synthase,AOS)、脂氧化酶2(lipoxyigenase,LOX2)、OPDA还原酶2(OPDA reductase2,OPR2)、CYP79B3(Cytochrome P450 79B3)、营养储存蛋白(Vegetative storage protein,VSP1)等基因。同时,通过Dual-LUC与凝胶阻滞试验(Electrophoretic mobility shift assay,EMSA)确定了多个AtMYBx能够结合的顺式作用元件。随后,利用EMSA在体外检测了AtMYBx对这些潜在靶标基因的启动子的结合作用。结果显示,AtMYBx能够结合到调控JA合成的两个酶基因LOX2与LOX4的启动子区域。综上所述,本研究发现一个受JA与损伤处理诱导的基因AtMYBx,其编码的蛋白通过激活参与JA合成的基因,参与调控生长发育以及抗虫。这些结果为培育出具有抗虫的作物与提高产量奠定了理论与实践基础。
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