狗牙根CdbZIP23调控CdZAT8增强抗逆性的机理

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lijizhong520
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非生物胁迫严重影响着植物的生长发育。其中干旱、高温和土地盐碱化是植物生长发育中面临最多的非生物胁迫。作为固着生长的生物,植物进化出精巧有序的应答机制来抵御非生物胁迫。狗牙根(Cynodon dactylon L.)作为暖季型草坪草中具有较高经济价值与生态价值的草种,广泛应用于运动场地、庭院、生态治理等各个方面。狗牙根对非生物胁迫有较好的抗性,但是如何感知并响应胁迫的分子机理研究较少,因此对其展开研究可以为后期解析分子机理提供理论依据。本论文利用实验室前期狗牙根转录组数据,分析克隆了狗牙根两个响应多种非生物胁迫的转录因子Cd ZAT8和CdbZIP23。研究了相关基因在不同胁迫下的表达模式和亚细胞定位。通过过表达模式植物拟南芥来解析其在胁迫应答中的功能,在此基础上进一步探索二者之间的调控关系,从而为狗牙根应答非生物胁迫机理提供理论依据,也为进一步培育抗逆性更好的高产优质狗牙根新种质提供新思路。本实验的研究结果如下:1、Cd ZAT8和CdbZIP23受多种胁迫诱导表达。根据实验室前期狗牙根在干旱、高温、盐、水淹胁迫下的转录组数据(GSE140362),鉴定了受多种胁迫诱导表达的C2H2型锌指蛋白基因Cd ZAT8。对狗牙根‘Common’品种进行了干旱、高温和盐处理,通过q RT-PCR的方法进行分析,发现在3种胁迫处理下Cd ZAT8的表达量均显著上调,与转录组数据一致。同时利用FPNI-PCR的方法克隆了Cd ZAT8启动子,对其进行启动子顺式作用元件的预测。结果表明,Cd ZAT8启动子区域含有ABRE、MBS、CGTCA-motif、G-BOX、TCT-motif等元件。其中ABRE元件作为b ZIP转录因子的结合位点,在Cd ZAT8基因起始密码子ATG上游500 bp的启动子区域内出现8次。根据上述转录组进一步分析了b ZIP类基因家族的表达水平变化,发现CdbZIP23表达量在干旱、高温和盐处理后显著上调,且趋势与Cd ZAT8一致。2、Cd ZAT8和CdbZIP23定位于细胞核。通过构建亚细胞定位的融合表达载体和进行烟草瞬时转化实验,观察两个基因的核定位信号,发现Cd ZAT8和CdbZIP23都定位在细胞核。利用酵母双杂的方法对Cd ZAT8进行转录激活活性分析,结果表明Cd ZAT8没有转录激活活性。3、过表达Cd ZAT8和CdbZIP23基因对抗逆性的影响。为了对Cd ZAT8和CdbZIP23的功能进行进一步的解析,在模式植物拟南芥中过表达Cd ZAT8和CdbZIP23基因,通过潮霉素筛选和PCR验证获得两个基因的T2代种子。对过表达Cd ZAT8和CdbZIP23的拟南芥和野生型种子进行了ABA、mannitol、Na Cl胁迫条件处理,观察对种子萌发的影响。结果表明,在不同浓度mannitol和Na Cl处理下,Cd ZAT8和CdbZIP23转基因植株与野生型相比,对照条件下种子萌发率差异不显著,但是在胁迫条件下,转基因植株种子萌发率与WT相比显著下降。不同浓度ABA处理后,CdbZIP23的种子萌发率高于野生型。此外选取根长一致的Cd ZAT8和CdbZIP23株系和野生型拟南芥幼苗分别进行ABA和Na Cl处理。结果显示,Cd ZAT8和CdbZIP23过表达株系的根长显著大于野生型,说明过表达Cd ZAT8和CdbZIP23会增强了拟南芥对于ABA和Na Cl的耐受性。对CdbZIP23转基因和野生型拟南芥植株进行42℃高温处理,结果发现,过表达CdbZIP23的三个株系叶片黄化、萎蔫以及枯死的情况要好于野生型拟南芥植株,叶片坏死程度、电导率、丙二醛含量显著低于野生型,可溶性糖含量要高于野生型拟南芥。这些结果也说明过表达CdbZIP23增强了拟南芥的耐热性。4、CdbZIP23可能调控Cd ZAT8参与狗牙根逆境应答。根据启动子顺式作用元件分析结果,为了进一步探究Cd ZAT8和CdbZIP23之间的调控关系,开展了酵母单杂实验和双荧光素酶实验。初步结果表明CdbZIP23可能与Cd ZAT8启动子区域的ABRE元件结合,进而调控下游基因的表达,增强狗牙根的抗逆性。上述结果表明,狗牙根Cd ZAT8和CdbZIP23基因受到多种非生物胁迫的诱导表达。Cd ZAT8和CdbZIP23蛋白质定位于细胞核。CdbZIP23可能与Cd ZAT8启动子结合调控靶基因的表达,从而增强了Cd ZAT8和CdbZIP23转基因拟南芥对ABA、盐及高温胁迫的耐受性。相关研究为解析狗牙根应答非生物胁迫的分子机理提供了理论基础。
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