MtWRKY76参与截形苜蓿非生物胁迫和结瘤信号传导的分子机制研究

来源 :中国农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lhl23
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WRKY类转录因子在植物自身生长发育、抵御生物和非生物胁迫等一系列的调控中发挥了重要的作用。豆科植物与土壤根瘤菌的共生可以把空气中的分子态氮转变为植物可利用的氨,这一过程受宿主和根瘤菌双方基因的调节和控制。本研究从截形苜蓿A17盐胁迫芯片筛选到一个表达量显著上调的WRKY类基因MtWRKY76,对其功能及参与非生物胁迫响应和结瘤固氮信号通路的分子机制进行了初步研究。本研究从截形苜蓿A17克隆到MtWRKY76基因,其cDNA为858 bp,该基因编码285个氨基酸,其蛋白具有一个保守的WRKY结构域,属于WRKY转录因子第Ⅱ亚族。MtWRKY76定位于细胞核,在酵母系统中不具有转录激活活性。MtWRKY76主要在叶片、根部和根瘤表达,在非生物胁迫环境下,MtWRKY76受ABA、盐和干旱胁迫诱导表达均上调。在截形苜蓿R108中过表达MtWRKY76,进一步研究其功能。100 mM NaCl胁迫下,野生型植株的平均根长和干重分别为1.36 cm和4.12 mg,而转基因株系L2和LA的平均根长和干重分别为2.36 cm和5.52 mg,2.27 cm和5.30 mg;干旱胁迫时,野生型植株的存活率仅为26.7%,而转基因株系L2和L4的存活率分别为88.9%和73.3%,转基因植株的相对电导率显著低于野生型植株,以上结果表明转基因植株的抗盐、抗旱能力均显著高于野生型植株。此外,干旱胁迫处理时转基因株系中胁迫相关基因(MtMYB61、MtMYB3、MtCBF4和MtCAS31)显著上调。以MtWRKY76蛋白为诱饵,通过酵母双杂交技术筛选截形苜蓿A17cDNA文库,发现MtASR蛋白在酵母系统和植物体内都与MtWRKY76互作。根据实验结果结合前人研究成果,推测MtASR与MtWRKY76组成转录复合体共同调控下游胁迫相关基因的表达从而增强截形苜蓿的耐逆性。MtWRKY76受根瘤菌S.meliloti 1021诱导上调表达,在4d时表达量最高。结瘤实验发现,野生型植株的平均根瘤数为7个,而转基因株系L2和L4的平均根瘤数分别为14个和12个,提高了 1.79倍和1.65倍,WRKY类转录因子参与结瘤数调控尚属首次发现。Real-time PCR分析表明MtWRKY76位于MtDMI3的下游。接种根瘤菌后,转基因株系中结瘤相关基因(MtEFD、MtCRE1、MtNIN、MtCDK3、MtNSP1和MtNSP2)表达量发生变化。体外EMSA实验证实MtWRKY76可以结合MtNSP1基因启动子上的W-box元件。基因数字化表达谱(DGE)分析发现,与野生型相比,MtWRKY76转基因截形苜蓿R108中参与胁迫响应、抗病、信号传导、结瘤固氮等过程的基因表达量明显有变化,DGE结果与本研究相符。本研究首次报道了在植物体内WRKY转录因子同时参与非生物胁迫和结瘤固氮信号传导通路。在此基础上,本文结合已有的文献报道和本实验的结果提出了以MtWRKY76为核心的调控网络模型。
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