水稻抗逆轉(zhuǎn)錄因子SNAC1靶基因的分離和功能分析.pdf

1、干旱、鹽堿和高溫等非生物逆境對于作物的產(chǎn)量有著非常重要的影響。超量表達(dá)某個(gè)基因提高轉(zhuǎn)基因植株抗逆性的報(bào)道已有很多，但真正能在大田生產(chǎn)中表現(xiàn)抗逆性，提高逆境條件下作物產(chǎn)量的報(bào)道很少。在水稻中，前人報(bào)道了一個(gè)具有顯著抗逆效應(yīng)的NAC轉(zhuǎn)錄因子----SNAC1。超表達(dá)SNAC1的轉(zhuǎn)基因植株在大田干旱脅迫條件下能提高結(jié)實(shí)率，在水稻抗逆遺傳改良中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但是，SNAC1介導(dǎo)的逆境應(yīng)答途徑并不清晰，SNAC1調(diào)控氣孔關(guān)閉的機(jī)制以及提高抗

2、逆性的分子和生理基礎(chǔ)都需要進(jìn)一步的研究。本研究通過對SNAC1超表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株芯片數(shù)據(jù)的分析和篩選，鑒定了2個(gè)SNAC1靶基因OsSRO1c和OsPP18，并對這2個(gè)基因在逆境應(yīng)答中的功能進(jìn)行了深入的分析。通過對OsSRO1c和OsPP18的功能分析，初步闡明了SNAC1調(diào)控氣孔關(guān)閉的途徑，明確了控制逆境脅迫下的水分散失和活性氧(reactive oxygen species，ROS)積累是SNAC1超表達(dá)植株抗旱性提高的重要生理基礎(chǔ)。

3、主要結(jié)果如下：
　　 ⑴OsSRO1c是植物特有的SRO(similar to RCD one)蛋白家族成員。SNAC1能結(jié)合OsSRO1c啟動(dòng)子并激活OsSRO1c的表達(dá)。OsSRO1c受干旱等多種逆境和ABA(abscisic acid)等多種激素處理的誘導(dǎo)表達(dá)，并且在干旱條件下，OsSRO1c在保衛(wèi)細(xì)胞特異誘導(dǎo)表達(dá)。ossro1c突變體和OsSRO1c amiRNA抑制植株苗期對干旱和滲透脅迫敏感性增強(qiáng)。OsSRO1c超表

4、達(dá)植株的氣孔關(guān)閉數(shù)高于對照，失水速率和氣孔導(dǎo)度顯著低于對照。OsSRO1c超表達(dá)植株中H2O2的含量高于對照，并且H2O2在OsSRO1c超表達(dá)植株保衛(wèi)細(xì)胞中的積累高于對照。通過調(diào)控H2O2代謝負(fù)調(diào)控氣孔關(guān)閉的鋅指蛋白DST及其下游基因在OsSRO1c超表達(dá)植株中的表達(dá)受到了抑制。OsSRO1c超表達(dá)植株對氧化脅迫敏感性增強(qiáng)，一些ROS清除酶基因的表達(dá)和ROS清除酶活性在OsSRO1c超表達(dá)植株中下降。通過酵母雙雜交篩庫，獲得了6個(gè)Os

5、SRO1c的互作蛋白，它們可能參與了氧化脅迫抗性和氣孔運(yùn)動(dòng)調(diào)控。
　　 ⑵ossro1c突變體和OsSRO1c amiRNA抑制植株成株期抗旱性增強(qiáng)。干旱脅迫下，突變體和amiRNA抑制植株的葉片失綠顯著低于對照，結(jié)實(shí)率顯著高于對照。OsSRO1c超表達(dá)植株對干旱脅迫敏感。OsSRO1c的表達(dá)隨著葉片的發(fā)育衰老而升高。對ossro1c突變體進(jìn)行基因表達(dá)譜分析顯示，很多ROS清除相關(guān)基因的表達(dá)在 ossro1c突變體中上升。oss

6、ro1c突變體和OsSRO1c amiRNA抑制植株對氧化脅迫抗性增強(qiáng)。ossro1c突變體中，ROS清除酶的活性高于對照，H2O2的含量低于對照。ossro1c突變體抑制了黑暗和氧化脅迫誘導(dǎo)的葉片衰老。負(fù)調(diào)控JA(jasmonic acid)信號的衰老延遲基因OsDOS在ossro1c突變體中的表達(dá)量升高。ossro1c突變體同樣抑制了JA誘導(dǎo)的葉片衰老。
　　 ⑶OsPP18編碼一個(gè)具有2C類型絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶活性的

7、PP2C。SNAC1能結(jié)合OsPP18啟動(dòng)子并激活OsPP18的表達(dá)。OsPP18受干旱、高鹽，低溫和高溫誘導(dǎo)表達(dá)，但是在ABA處理下OsPP18的表達(dá)沒有明顯變化。ospp18突變體苗期和成株期均對干旱脅迫敏感性增強(qiáng)。OsPP18 amiRNA抑制植株對干旱和滲透脅迫敏感性增強(qiáng)。對ospp18突變體進(jìn)行基因表達(dá)譜分析顯示，很多逆境應(yīng)答基因、代謝相關(guān)基因和一些ROS清除相關(guān)基因的表達(dá)在ospp18突變體中下降。ospp18突變體對氧化脅