水稻转录因子OsERF19参与调控盐胁迫和ABA应答的分子机制

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目前我国土壤盐渍化问题日渐突出,盐胁迫直接制约粮食作物生产,导致作物质量与产量直线下降。水稻作为重要的粮食作物之一,在粮食生产中占据至关重要的位置,其产量与质量同样受盐胁迫影响,因此研究水稻的耐盐机制,对农作物育种领域具有重要意义。作为水稻中一个庞大的转录因子家族,AP2/ERF家族中的OsERF19从未被报道,本研究以OsERF19过表达转基因水稻株系为实验材料,研究其参与调控盐胁迫和脱落酸应答的分子机制,为培育水稻耐盐胁迫品种提供理论依据,其主要研究结果如下:生物信息学分析结果表明,OsERF19转录因子作为AP2/ERF家族中的成员,存在一个AP2/ERF结构域,并且在其启动子区含有多个MYB、MYC、ABRE(ABA响应元件)、STRE(盐胁迫响应元件)等非生物胁迫响应元件。进一步分析OsERF19在盐胁迫以及植物激素ABA处理下的表达量变化,结果发现OsERF19基因在盐胁迫和ABA处理下的表达受抑制。亚细胞定位结果表明,OsERF19蛋白定位在细胞核中。转录活性实验结果表明,OsERF19具有转录激活活性。为了研究OsERF19参与调控盐胁迫和ABA应答的分子机制,本研究将该基因在粳稻品种Kitaake中过表达,对T3代株系分子鉴定,获得稳定遗传的过表达水稻株系。分别对转基因株系、对照组以及野生型进行盐胁迫和ABA处理,实验结果表明,相对于野生型和对照组,过表达材料具有更好的耐盐性,说明OsERF19参与了水稻盐胁迫调控,并可能正向调控盐胁迫应答。同时OsERF19过表达株系表现出ABA超敏感表型,表明OsERF19对ABA介导的种子萌发以及幼苗发育起着正调控的作用。为了进一步研究OsERF19参与调控盐胁迫和ABA应答的分子机制,利用qRT-PCR方法检测已被报道的盐胁迫相关基因和ABA响应基因在Kitaake和转基因材料之间的表达量差异,结果表明多个基因差异表达,有盐胁迫相关基因OsLEA3、OsNHX1、OsHKT6以及OsOTS1,ABA响应基因OsNCED5、OsP5CS1、OsRAB21以及OsABI2,其中OsOTS1和OsNCED5的启动子区域存在与OsERF19的结合基序,同时被OsERF19激活表达。通过酵母单杂交实验证明OsERF19可直接与OsOTS1和OsNCED5的启动子特异性结合。以上结果说明OsERF19通过直接结合靶标基因OsOTS1和OsNCED5的启动子进而调控水稻的盐胁迫和ABA应答。
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