黄瓜NAC转录因子CsATAF1响应干旱胁迫的机制研究

发布时间：2020-05-27 00:11

【摘要】：黄瓜(Cucumis sativusL.)是一种重要的园艺作物,黄瓜的生长对水分需求量大,对水分匿缺敏感。干旱胁迫会导致黄瓜产量下降,造成经济损失。目前,关于黄瓜抵御干旱胁迫的研究多处于生理研究层面,黄瓜响应干旱胁迫的分子机制研究较少。NAC转录因子在植物响应干旱胁迫机制中具有十分重要的作用,而黄瓜NAC转录因子响应干旱胁迫的分子机制尚不明确。本研究以黄瓜为实验材料,同源克隆得到黄瓜NAC转录因子CsATAF1,并对CsATAF1进行功能验证,探讨CsATAF1参与植株抗旱性调节的分子机制,为揭示黄瓜抵御干旱胁迫的分子机制提供了一定的研究基础。研究结果如下:1.同源克隆得到黄瓜NAC转录因子CsATAF1,在N端具有一个NAC转录因子的保守结构域,C端高度变异。该基因与拟南芥ATAF1基因的亲缘关系最近,因此命名为CsATAF1。亚细胞定位结果显示,CsATAF1定位于细胞核上。该基因受到不同逆境胁迫的诱导,10%PEG6000模拟干旱处理9小时后,相对正常培养条件下,表达量提升超过四十倍,达到峰值。酵母单杂交结果显示,CsATAF1具有转录激活活性,转录激活区域位于CsATAF1的C端,其转录激活活性高于全长,CsATAF1的N端没有转录激活活性。2.在黄瓜中过表达CsATAF1缓解了渗透胁迫对种子萌发的抑制。过表达植株根的伸长明显优于野生型植株。与野生型植株相比,过表达植株的抗旱性显著提高。在干旱胁迫条件下,过表达植株叶片的水分散失率和气孔开度显著低于野生型植株,表明CsATAF1可能通过调节气孔的开闭,减少了植株水分的散失,使得过表达植株的光合效率显著的高于野生型植株。干旱胁迫会促进植株体内ROS的积累,过表达植株中抗氧化酶的活性提高,活性氧积累减少。过表达植株对ABA的敏感性提高,从而快速诱导气孔的关闭,减少水分的散失。在拟南芥中过表达CsATAF1也得到同样的结果,干旱处理后转基因植株的存活率显著提高。在黄瓜中RNA干扰CsATAF1的表达导致干扰植株中抗氧酶活性降低、在干旱胁迫下积累更多的活性氧以及对ABA的敏感性下降,抗旱性显著降低。3.CsDREB2C,CsCu-ZnSOD,CsABI5 被鉴定为 CsATAF1 的靶基因。qPCR 结果显示,正常条件下,CsDREB2C,CsCu-ZnSOD,CsABI5的表达在过表达植株中上升,在干扰植株中的表达量下降。酵母单杂交和凝胶阻滞实验证明,CsATAF1能够识别CsDREB2C、CsCu-ZnSOD和CsABI5启动子上的NAC识别位点并与之结合。烟草叶片注射和黄瓜原生质体瞬时表达实验证明,CsATAF1能够激活下游逆境响应基因CsDREB2C,CsCu-ZnSOD,CsABI5的表达。综上所述,黄瓜NAC转录因子CsATAF1作为转录激活因子参与抗旱性的调节,提高了转基因植株清除活性氧的能力,并参与ABA信号转导途径。
【图文】：

ＮＡＣ蛋白的保守结构域，拥有两个衔接重复的ＮＡＣ保守结构域；ＳＯＧ１基因Ｎ端ＮＡＣ保守结逡逑构域前具有一段扩展序列；Ｖ０Ｚ蛋白质组成的保守结构域在Ｃ端，而转录激活区域在Ｎ端，如逡逑图１－４所示网。逡逑…？邋；．．逦＼逦ａｃ＾ｖａｔｗ，邋ｒｅｐｍｓｓｆｏｎ，逡逑ｐ＿ｎ＾ｇ逡逑ｉ邋逦逦逦Ａ逦ＩＩ邋逦邋１逦＞逡逑（０邋Ｎ－ｔｅｒｍｉｎａｌ邋（逦ｊ邋Ｃ－ｔｅｒｍ？＾ａｌ逡逑寺＾０邋ｍｍｍ邋丨 ＴＲ邋ｄｏｓｒｉａｓｎ邋柳＂逡逑（？ｓ邋ｉ邋ａａ邋ｍｓｓ邋ｍ邋ｉ邋ｉａ逦［］邋ｉ逡逑逦邋ＭＡＣ邋ｄｏｍａｓｎ逦逦饼你ｍsE逦逦逡逑（ＨＤ逦１邋ＷＭｔ逦！；１Ｍ邋Ｉ逡逑逦邋ＮＡＣ逦逦＊＊？－逡逑ｍ逦…—ＢＳＩＦｌｌ逡逑－＊＜■逦邋ＮＡＣ邋ｃｉｏｍａｉｎ逦．奇ＮＡＣ逦逦？＞＊．逡逑（ｖ！邋Ｌ逦二：＇ｌｌ＇邋＇Ｊ—二＂■■邋＂■■邋＿＿邋逦逦邋Ｉ逡逑——邋ＮＡＣ邋ｔｋ＞ｍｍｎ邋邋邋，■邋－＊４—} 逦逡逑（，＊，邋ｉ逦ｎｍ］—ｉｍｉ－ｇｉ逡逑，寺 —了Ｂ邋ｄｏ＊？设沾——０８０邋邋邋ＮＡＣ邋ｃｋ＞ｍ？ｉｎ邋邋邋逦？■逡逑图１－４＼八（：蛋白的结构特征［９７］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４．邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＮＡＣ邋ｐｒｏｔｅｉｎｓ逡逑１．３．２逦ＮＡＣ转录因子的生物学功能逡逑ＮＡＣ转录因子被报道参与多种生物学功能的调节，如参与植物次生生长，在植物衰老过程中逡逑发挥作用，参与激素的调控和信号转导，参与植物体内生物应激防御反应，，在非生物胁迫中发挥逡逑作用。有大量的证据表明

２．３．２亚细胞定位逡逑利用基因枪介导的洋葱表皮瞬时转化方法检测了邋ＣｓＡＴＡＦｌ蛋白的亚细胞定位。结果表明，逡逑ＣｓＡＴＡＦｌ蛋白定位在细胞核上（图２－４Ｄ－Ｆ）。对照空载ＧＦＰ蛋白的荧光信号分布在整个细胞（图２－逡逑４Ａ－Ｃ）。逡逑２０逡逑
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S642.2

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本文编号：2682623