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非生物胁迫是造成农作物减产的重要因素,提高作物的耐逆能力有重大意义。
我们实验室的黄剑博士对大豆耐盐、旱/敏感材料晋豆23和灰布织进行cDNA-AFLP分析,发现大豆PHD家族成员参与了盐胁迫下的应答,GmPHD2在拟南芥中的过量表达提高了转基因植株的耐逆性。本论文中,对大豆GmPHD2的生化特性及GmPHD5和GmPHD6基因和拟南芥AtPHD6基因与植物应答非生物胁迫的相关性进行了研究。
大豆和拟南芥中各有6个和7个PHD/Alfin1亚家族基因。Realtime-PCR和RT-PCR研究表明,所有13个PHD基因对盐、旱、冷和ABA处理有不同程度应答。它们编码的蛋白均定位于细胞核。在不同组织器官中它们的表达方式略有不同。大多数PHD蛋白能结合GTGGAG为核心的顺式作用元件,N端在DNA结合中起关键作用。在原生质体系统中,除了GmPHD6外的5个GmPHDs以及7个AtPHDs都具有转录抑制作用,不同结构域组合都有转录抑制作用,N端和PHD结构域作用最显著。因此PHDs是一类转录调控因子。
分别在转基因拟南芥和大豆转基因根系中检测了GmPHD5和GmPHD6与植物耐逆的相关性。结果表明,过表达GmPHD5的转基因拟南芥分别在150mMNaCl和200mM、300mM甘露醇处理下其耐性明显优于野生型。发根农杆菌注射法得到的GmPHD6过表达大豆根系的耐盐能力也优于对照K599,而RNAi转基因根系则呈盐敏感表型。过表达AtPHD6的拟南芥相对野生型有耐盐、耐旱表型,其突变体phd6植株则表现为盐、旱敏感。这些结果暗示PHD基因参与植物抗逆具有普遍性。
运用ChIP-Seq方法,获得多个AtPHD6直接作用的下游基因,并在Realtime-PCR和EMSA实验中得以验证。已知这些基因编码植物生物/非生物胁迫中的负调控因子,说明AtPHD6通过其转录抑制作用,抑制植物逆境反应中的负调因子,从而提高植株耐逆能力。