ABA作用下AhAREB1与AhNAC2协同调控AhNCED1的机制研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dengxiaofei317
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干旱等非生物胁迫是影响植物生长发育的主要因素,脱落酸(ABA)在植物抵御水分胁迫过程中发挥重要作用。水分胁迫下,植物体内ABA合成途径被激活,植物体内ABA含量增加,提高植物抗旱性。但干旱过程中,植物体内ABA含量增加的同时,也存在一定范围内的稳态(Homoeostasis),其调控的机制目前尚不清楚。  花生作为我国传统的优质油料作物之一,在我国农业发展和出口创汇中均居重要地位,季节性干旱影响着花生的产量与品质。课题组前期发现,花生AhNCED1启动子上存在包括ABRE、NACRE在内的多个顺式作用元件。AhNAC2、AhAREB1是从花生中分离的胁迫相关转录因子,进一步研究表明,AhNAC2、AhAREB1均可抑制AhNCED1启动子活性,但两者在调控AhNCED1表达过程中的关系及ABA在其中扮演的角色尚不清楚  因此,本论文的研究,首先分析花生响应水分胁迫过程中ABA含量以及相关基因变化,明确在干旱过程中,ABA合成途径在干旱过程中起主导作用,其中AhNCED1是花生响应干旱过程中ABA含量增加的主要基因。其次,分析干旱转录因子AhNAC2及AhAREB1对合成关键酶基因的AhNCED1的调控及调控方式。从ABA对AhNAC2、AhAREB1蛋白表达模式以及稳定性的影响,探讨AhNAC2与AhAREB1蛋白互作,以及AhNAC2、AhAREB1分别与AhNCED1启动子结合及调控作用,深入认识两者对AhNCED1启动子活性的调控作用及调控方式,旨在进一步阐明花生依赖ABA信号途径中转录因子调控的分子机理,为深刻认知作物响应干旱胁迫信号的分子机制提供依据。通过以上研究,本文获得结果如下:  1.花生响应水分胁迫过程中,叶片萎蔫,含水量降低,气孔开度减小,叶片ABA含量增加, ABA生物合成基因AhZEP1,AhNCED1,AhAO2,ABA代谢基因AhCYP707A1均被诱导表达,其中AhZEP1与AhAO2表达模式相似,均呈现小幅波动上调,AhNCED1持续保持较高水平,AhCYP707A1在处理后期诱导表达,但其蛋白表达并未上调。表明ABA合成在干旱过程中占主导作用。  2.AhNAC2蛋白的表达模式。正常生长条件下,AhNAC2蛋白仅在花生叶片有所表达,PEG处理5h后,AhNAC2蛋白在花生叶片、茎部表达,根部未检测到;水分胁迫可诱导AhNAC2基因和蛋白上调表达;复水导致AhNAC2基因蛋白表达迅速下调;Fluridone预处理花生2h后进行PEG处理与PEG单独处理结果类似,即水分胁迫下内源ABA含量减少不影响PEG诱导AhNAC2蛋白的表达,在处理5h时表达量仍是最高的;表明PEG引起的AhNAC2蛋白含量增加与内源ABA无关。推测ABA通过影响AhNAC2蛋白的稳定性,从而影响其含量。  3.ABA促进AhNAC2蛋白降解,同时减缓AhAREB1蛋白降解。CHX(放线菌酮,蛋白合成抑制剂)预处理花生6h后,喷施ABA,AhNAC2蛋白累积急速减少;MG-132(26S蛋白酶体抑制剂)预处理花生6h后,喷施ABA,AhNAC2蛋白累积程度未发生明显变化;ABA处理p35S:AhNAC2-GFP转基因拟南芥株系,AhNAC2蛋白累积明显减少;CHX预处理p35S::AhNAC2-GFP拟南芥后外施ABA,AhNAC2蛋白累积明显减少;MG132预处理p35S:AhNA C2-GFP拟南芥后喷施ABA,AhNAC2蛋白累积几乎不变。以上结果表明ABA促进AhNAC2转录,同时促进其蛋白降解。  4.酵母双杂,Pull-Down,BiFC均表明表明AhAREB1蛋白与AhNAC2蛋白直接互作。在AhNCED1启动子上设计5对引物(pN1-pN5)进行检测,ChIP-QPCR分析AhNAC2、AhAREB1与AhNCED1启动子结合情况。结果表明:ABA促进AhNAC2、AhAREB1与AhNCED1启动子pN1、pN4结合。瞬时表达分析表明,AhNAC2与AhAREB1既能独立结合各自作用元件分别发挥调控作用,也可共同调控AhNCED1转录,且AhAREB1在复合体负调控AhNCED1表达过程中起主要作用,AhNAC2起增效作用。  综上所述,花生在PEG处理2h后,AhNCED1基因表达达到极高水平,此时AhNAC2蛋白、AhAREB1蛋白均开始累积,AhNAC2与AhAREB1复合体大量形成,随后AhNCED1表达受到部分抑制。ABA作用下,AhAREB1蛋白降解速率减缓,总量维持较高水平;AhNAC2蛋白合成和降解速率同时增加,蛋白总量几乎不变。AhAREB1在反馈调控AhNCED1转录过程中发挥主导作用,AhNAC2起增效作用。
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