水稻NAC轉(zhuǎn)錄因子ONAC131、MNAC1和ONAC095在抗病抗逆中的功能研究.pdf

1、水稻在生長過程中會遭受各種非生物以及生物逆境脅迫的危害，嚴(yán)重的時(shí)候可以造成絕產(chǎn)。在與逆境脅迫的長期互作過程中，水稻自身也形成了一套適應(yīng)機(jī)制。轉(zhuǎn)錄因子是一類調(diào)控基因表達(dá)的重要基因，在植物抵抗逆境脅迫過程中發(fā)揮重要作用。NAC轉(zhuǎn)錄因子是植物所特有的大型轉(zhuǎn)錄因子家族之一，與植物的生長發(fā)育及抵抗各種逆境脅迫都密切相關(guān)。本文重點(diǎn)研究了水稻ONAC131、MNAC1及ONAC095在抗病抗逆中的功能。
　　ONAC131是SNAC組中的成員之

2、一，水稻中已報(bào)到的與逆境有關(guān)NAC基因大部分都位于其中。ONAC131能夠由干旱、鹽害及冷害誘導(dǎo)表達(dá)，而白葉枯菌處理則抑制其表達(dá)。對其啟動(dòng)子轉(zhuǎn)基因株系GUS染色后發(fā)現(xiàn):只有成熟種子種皮及幼苗葉鞘及葉舌能夠染成藍(lán)色。ONAC131具有轉(zhuǎn)錄激活活性，其轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域位于C端;對C端轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域進(jìn)行截短分析發(fā)現(xiàn):C端228-243aa處的16個(gè)氨基酸是轉(zhuǎn)錄活性所必須的。通過水稻遺傳轉(zhuǎn)化獲得ONAC131嵌合抑制子株系，對其表型研究發(fā)現(xiàn):ONAC

3、131嵌合抑制子增強(qiáng)了對白葉枯病菌的抗病性，接種白葉枯菌15天后菌量顯著低于野生型，并且其抗病相關(guān)基因PAL、 PR10、Jamyb等表達(dá)量在接種白葉枯病菌前后顯著高于野生型;然而ONAC131嵌合抑制子卻降低了對鹽害、干旱及冷害的耐受力，抗冷相關(guān)基因CDPK7、SRO1c、SODB、Os Trx23、Lti6a、Lti6b、GSTU6和Peroxidase16表達(dá)量在冷害處理后顯著低于野生型對照。
　　通過對水稻芯片數(shù)據(jù)分析及實(shí)

4、驗(yàn)驗(yàn)證，鑒定了四個(gè)受稻瘟菌誘導(dǎo)表達(dá)的NAC基因MNACs(Magnaporthe grisea induced NACs)。四個(gè)MNAC基因編碼蛋白(MNAC1-4)都具有轉(zhuǎn)錄激活活性且均定位于細(xì)胞核中，其中MNAC1轉(zhuǎn)錄激活活性區(qū)域位于C端，對其全長截短研究發(fā)現(xiàn):C端246-276aa處的31個(gè)氨基酸是轉(zhuǎn)錄活性所必須的。本文重點(diǎn)研究了MNAC1在水稻抗稻瘟病菌中的功能。過量表達(dá)MNAC1增加了水稻對稻瘟病菌的感病性。接種稻瘟菌后過表達(dá)

5、株系病斑大小及菌量均顯著高于野生型;MNAC1過量表達(dá)株系中抗病相關(guān)基因(PR1a、PR3、PR4、PR8、PR10、PAL、PAD4、CHS等）在接種稻瘟病菌前后表達(dá)量顯著低于野生型對照;同時(shí)，MNA C1過量表達(dá)株系中SA和JA含量在接種稻瘟菌后顯著低于野生型對照。
　　ONAC095可以由多種非生物逆境脅迫及植物激素ABA誘導(dǎo)表達(dá)，ONAC095定位于細(xì)胞核中且具有轉(zhuǎn)錄激活活性。其轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域位于C端，通過對其C端截短研究發(fā)

6、現(xiàn):C端242-258aa處17個(gè)氨基酸是其轉(zhuǎn)錄激活活性的核心原件;進(jìn)一步通過定點(diǎn)突變發(fā)現(xiàn):246和252aa處的脯氨酸(P)是轉(zhuǎn)錄激活活性所必須的。本文對ONAC095過量表達(dá)及嵌合抑制子轉(zhuǎn)基因株系在抗旱、抗冷及ABA敏感性方面進(jìn)行了研究。ONAC095嵌合抑制子增強(qiáng)了對干旱脅迫的抗性，同時(shí)脯氨酸、可溶性糖含量在干旱處理后也顯著高于野生型，抗旱相關(guān)基因(RAB21、AP37、RAB16D、bZIP23、PP2C68和ERD1)表達(dá)量在

7、干旱脅迫后也顯著高于野生型。另外對ONAC095在ABA敏感性測試中發(fā)現(xiàn):ONAC095嵌合抑制子增強(qiáng)了對ABA的敏感性。其ABA代謝基因(ABA8OX3)表達(dá)量顯著低于野生型而ABA合成基因及ABA信號途徑相關(guān)基因(NCED4、NCED5、PP2C30和PP2C49)表達(dá)量顯著高于野生型，同時(shí)對其內(nèi)源ABA含量也顯著高于野生型。對ONAC095轉(zhuǎn)基因株系在冷害脅迫中的表型研究發(fā)現(xiàn):ONAC095嵌合抑制子增加了對冷害的敏感性。在冷害處

8、理后ONAC095嵌合抑制子葉片積累了更多的超氧陰離子及H2O2;活性氧相關(guān)超氧化物歧化酶(SOD)及過氧化氫酶(CAT)酶活性在冷害處理前后均顯著低于野生型;H2O2合成相關(guān)基因(RbohA、RbohB、RbohD、 RbohG和RbohH)表達(dá)量在冷害處理后顯著高于野生型;冷害相關(guān)基因（WRKY76、CDPK7、RAN1、ICE和TRX23）表達(dá)量在冷害處理后則顯著低于野生型。由此我們推測:ONAC095嵌合抑制子抗旱能力的增強(qiáng)依賴