拟南芥ABA依赖与非依赖抗旱基因互作网络建模及验证

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干旱是影响植物生长与产量的最重要非生物因素之一。干旱胁迫条件下,植物许多基因的表达水平发生改变,这些基因主要包括抗旱功能蛋白基因和参与干旱信号转导的调控基因。根据干旱信号转导途径中相关基因的表达是否依赖脱落酸(abscisicacid,ABA)信号,干旱调控基因主要分为ABA依赖与ABA非依赖两大类基因。虽然已有研究表明一些ABA依赖与非依赖抗旱基因之间存在相互作用关系,但两类基因间的系统关系至今仍不清楚。针对这一认识局限,本研究利用转录组测序(RNA-Seq)结合全基因组蛋白质与蛋白质相互作用网络的方法全面探究了拟南芥ABA依赖与非依赖两类抗旱基因之间的相互作用关系。为全面了解ABA依赖与非依赖抗旱基因情况,对干旱胁迫与ABA处理的拟南芥转录组进行RNA测序,表达分析表明共有1,612个基因的表达水平在干旱处理前后存在显著差异,其中包括211个基因能同时响应干旱胁迫与外源ABA刺激,其他1,118个抗旱基因的表达水平在外源ABA处理前后无显著变化。为验证转录组测序分析的有效性,随机选取了 11个差异表达基因进行荧光定量PCR(qRT-PCR)分析,结果发现所选1 1个基因的表达变化趋势与RNA-Seq分析获得的基因表达变化趋势一致,表明RNA-Seq分析结果是可靠的。对差异表达基因的GO(gene ontology)功能富集分析表明ABA依赖抗旱基因明显富集于应答干旱胁迫与外源ABA刺激途径;而ABA非依赖抗旱基因则主要倾向分布于茉莉酸(jasmonic acid,JA)、水杨酸(salicylic acid,SA)以及赤霉素(gibberellin,GA)信号转导途径。基于拟南芥全基因组的蛋白质与蛋白质互作网络(AraPPINet),对ABA依赖与非依赖抗旱基因间的相互作用关系进行预测,构建了包含32个ABA依赖与62个非依赖抗旱基因为核心节点,涉及282个相互关系的互作网络。根据KEGG代谢途径,进一步建立了 ABA与JA及GA信号转导途径之间的交叉互作模型。互作模型显示ABA信号途径关键转录因子ABF3与JA信号途径关键转录因子MYC2之间可能存在互作关系。为此,通过酵母双杂交和双分子荧光互补技术对该互作关系进行验证,结果表明ABF3和MYC2在体外及植物体内均能相互作用。综上结果,ABA依赖与非依赖抗旱基因之间存在着复杂的互作关系,尤其ABF3与MYC2介导的ABA和JA信号途径的交叉互作可能在拟南芥响应干旱胁迫中起着重要作用。本研究为ABA依赖与非依赖抗旱基因之间的互作关系提供新的视角,同时也为抗旱分子机制的深入研究提供参考。
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