转录因子NAC120参与ABA信号路径调控水稻干旱胁迫响应的研究

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水稻(Oryza sativa)是中国四大粮食作物之一,也是植物研究的理想模式植物之一。水稻在生长过程中经常会受干旱、高盐、低温等逆境的影响。因此,研究水稻对逆境的抵抗能力并揭示其抗逆的分子机理具有重理论意义和应用前景。转录因子在水稻逆境信号转导途径中起重要调节作用。NAC(NAM,ATAF1/2和CUC)家族是最大的植物特异性转录因子家族之一,参与植物生长发育过程中的多个生物学过程,在生物和非生物胁迫应答中也发挥重要作用。NAC120作为水稻NAC转录因子家族中的一员,其功能研究目前尚未见报道。本研究以水稻T-DNA插入突变体(nac120)及过表达株系(NAC120-overexpressing,NAC120-OE)为实验材料,深入研究水稻NAC120在水稻干旱胁迫响应中的功能及其调控水稻干旱胁迫响应的分子机制。主要研究结果如下:(1)对NAC120的时空表达特性进行分析,结果表明:NAC120在水稻各组织均有表达,在根部表达水平最高。(2)对NAC120进行亚细胞定位分析,结果表明:NAC120主要定位于细胞核。(3)NAC120的功能缺失突变影响水稻生长发育。与野生型(DJ)相比,在苗期,功能缺失突变体nac120地上部和地下部生长均受到抑制。NAC120的过表达不影响水稻的生长发育。(4)以功能缺失突变体nac120以及过表达株系(NAC120-OE),研究NAC120在水稻干旱胁迫响应中的功能。结果表明:与野生型(DJ)相比,nac120突变体耐旱性增强,干旱影响基因LEAs的表达水平显著提高;而NAC120-OE植株对干旱较为敏感,LEAs的表达水平变化不明显。(5)ABA敏感性实验结果表明:与野生型(DJ)相比,nac120突变体对外源ABA的敏感性增强,而NAC120-OE植株对ABA敏感性降低,推测NAC120可能参与ABA信号途径负向调控水稻对干旱胁迫的响应。(6)酵母双杂交、双分子荧光互补(Bi FC)、GST pull-down及免疫共沉淀(Co IP)实验结果表明:NAC120能与ABA信号通路上的核心元件SAPK9互作。(7)体外磷酸化实验结果表明:蛋白激酶SAPK9能够磷酸化NAC120,而当NAC120序列中第40位的Ser和第140位的Thr突变为Ala后,SAPK9对NAC120磷酸化的程度显著降低,说明Ser40和Thr140可能是NAC120上SAPK9识别的磷酸化位点。(8)cell-free degradation实验结果表明:与野生型(DJ)蛋白提取液相比,重组蛋白His-NAC120在sapk9突变体蛋白提取液中的降解速率显著降低,说明SAPK9影响NAC120蛋白的稳定性。以上研究结果表明:NAC120与ABA信号通路中的核心元件SAPK9互作,SAPK9改变NAC120的磷酸化状态,调控干旱响应基因LEAs的表达,从而调控水稻植株对干旱胁迫的响应。本研究初步阐明了NAC120调控水稻干旱胁迫响应的功能及其调控机制,研究结果在应用上可以为水稻抗逆遗传改良提供科学依据和技术指导,同时有助于人们对NAC转录因子家族的生物学功能及作用机制有进一步的了解。
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