水稻NAC转录因子ONAC131、MNAC1和ONAC095在抗病抗逆中的功能研究

发布时间：2020-07-31 11:52

【摘要】：水稻在生长过程中会遭受各种非生物以及生物逆境胁迫的危害,严重的时候可以造成绝产。在与逆境胁迫的长期互作过程中,水稻自身也形成了一套适应机制。转录因子是一类调控基因表达的重要基因,在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要作用。NAC转录因子是植物所特有的大型转录因子家族之一,与植物的生长发育及抵抗各种逆境胁迫都密切相关。本文重点研究了水稻ONAC131、MNAC1及ONAC095在抗病抗逆中的功能。ONAC131是SNAC组中的成员之一,水稻中已报到的与逆境有关NAC基因大部分都位于其中。ONAC131能够由干旱、盐害及冷害诱导表达,而白叶枯菌处理则抑制其表达。对其启动子转基因株系GUS染色后发现：只有成熟种子种皮及幼苗叶鞘及叶舌能够染成蓝色。ONAC131具有转录激活活性,其转录激活区域位于C端；对C端转录活性区域进行截短分析发现：C端228-243aa处的16个氨基酸是转录活性所必须的。通过水稻遗传转化获得ONAC131嵌合抑制子株系,对其表型研究发现：ONAC131嵌合抑制子增强了对白叶枯病菌的抗病性,接种白叶枯菌15天后菌量显著低于野生型,并且其抗病相关基因PAL、PR10, Jamyb等表达量在接种白叶枯病菌前后显著高于野生型；然而ONAC131嵌合抑制子却降低了对盐害、干旱及冷害的耐受力,抗冷相关基因CDPK7、SRO1c、 SODB、OsTrx23、Lti6a、Lti6b、GSTU6和Peroxidase16表达量在冷害处理后显著低于野生型对照。通过对水稻芯片数据分析及实验验证,鉴定了四个受稻瘟菌诱导表达的NAC基因MNACs(Magnaporthe grisea induced NACs)。四个MNAC基因编码蛋白(MNAC1-4)都具有转录激活活性且均定位于细胞核中,其中MNAC1转录激活活性区域位于C端,对其全长截短研究发现：C端246-276aa处的31个氨基酸是转录活性所必须的。本文重点研究了MNAC1在水稻抗稻瘟病菌中的功能。过量表达MNAC1增加了水稻对稻瘟病菌的感病性。接种稻瘟菌后过表达株系病斑大小及菌量均显著高于野生型：MNAC1过量表达株系中抗病相关基因(PR1a、PR3、PR4、PR8、PR10、PAL、PAD4、CHS等)在接种稻瘟病菌前后表达量显著低于野生型对照；同时,MNAC1过量表达株系中SA和JA含量在接种稻瘟菌后显著低于野生型对照。ONAC095可以由多种非生物逆境胁迫及植物激素ABA诱导表达,ONAC095定位于细胞核中且具有转录激活活性。其转录激活区域位于C端,通过对其C端截短研究发现：C端242-258aa处17个氨基酸是其转录激活活性的核心原件；进一步通过定点突变发现：246和252aa处的脯氨酸(P)是转录激活活性所必须的。本文对ONAC095过量表达及嵌合抑制子转基因株系在抗旱、抗冷及ABA敏感性方面进行了研究。ONAC095嵌合抑制子增强了对干旱胁迫的抗性,同时脯氨酸、可溶性糖含量在干旱处理后也显著高于野生型,抗旱相关基因(RAB21、AP37、 RAB16D、bZIP23、PP2C68和ERD1)表达量在干旱胁迫后也显著高于野生型。另外对ONAC095在ABA敏感性测试中发现：ONAC095嵌合抑制子增强了对ABA的敏感性。其ABA代谢基因(ABA8OX3)表达量显著低于野生型而ABA合成基因及ABA信号途径相关基因(NCED4、NCED5、PP2C30和PP2C49)表达量显著高于野生型,同时对其内源ABA含量也显著高于野生型。对ONAC095转基因株系在冷害胁迫中的表型研究发现：ONAC095嵌合抑制子增加了对冷害的敏感性。在冷害处理后ONAC095嵌合抑制子叶片积累了更多的超氧阴离子及H202；活性氧相关超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)酶活性在冷害处理前后均显著低于野生型；H202合成相关基因(RbohA、RbohB、 RbohD、RbohG和RbohH)表达量在冷害处理后显著高于野生型；冷害相关基因(WRKY76、CDPK7、RAN1、ICE和TRX23)表达量在冷害处理后则显著低于野生型。由此我们推测：ONAC095嵌合抑制子抗旱能力的增强依赖于ABA；其对冷害敏感性的增强是由于积累了过多的超氧阴离子及H2O2。ONAC095过表达株系对干旱抗性、ABA敏感性及冷害敏感性与野生型相比均无显著差异。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S435.11;S42
【图文】：

（ＧＲＡＢ２）和１－５邋（ＮＡＣ＾；组１１也包含５４个成员；组ＩＩＩ和组ＩＶ都含有１４个成逡逑员；组Ｖ只含有２个成员；到目前为止所有和发育相关的ＮＡＣ基因都位于组Ｉ，逡逑和逆境胁迫相关的基因（况Ｖ／１Ｃ）都位于组ＩＩＩ邋（图１．２）邋（Ｆａｎｇ邋ｅｔａｌ．，２００８）。逡逑２逡逑

ＮＡＣｄｏｍａｉｎ逦加…加逡逑图１．１邋ＮＡＣ转录因子结构特征（Ｏｏｋａｅｔａｌ．，２0的）逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｏｆ邋ＮＡＣ邋ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏ邋打拉邋ｃｔｏｒ逡逑１．２邋ＮＡＣ转录因子分类逡逑ＮＡＣ转录因子作为植物中最大的转录因子家族之一。目前为止，己在拟南芥逡逑中发现有Ｈ７个成员，水稻中１５１个（Ｎｕｒｕｚｚａｍａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１０），烟草中１５２个逡逑（Ｒｕｓｈｔｏｎｅｔａｌ．，２００８），大豆中邋１５２邋个（Ｌｅｅｔａｌ．，邋２０１１），马铃墓中邋１１０邋个（Ｓｉｎｇｈｅｔ逡逑ａｌ．，２０１３），谷子中邋１４７邋个（Ｐｕｒａｎｉｋｅｔａｌ．，２０１３），番茄中邋１０４邋个（Ｓｕｅｔａｌ．，２０１４），逡逑木立中８８个（Ｓａ化ｅｅｓｈ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１４），大白菜中２０４个（Ｌｉｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１４），随着越来越逡逑多物种基因组测序的完成，植物中ＮＡＣ家族成员会更加庞大。早期的研究将拟逡逑南芥中１０５个和水稻中八个ＮＡＣ转录因子成员分为组Ｉ和组ＩＩ两个组，这两逡逑个组又可＾＾＾进一步细分为１４个和４个亚组（Ｏｏｋａｅｔａｌ．

遭遇非生物逆境胁迫时，会形成一套与之相适应的抵抗机制。研究发现，ＮＡＣ转逡逑录因子通过依赖ＡＢＡ或者不依赖ＡＢＡ途径直接或者间接调控逆境应答基因表逡逑达，在植物抵抗逆境胁迫中发挥重要作用（图１．３）。逡逑４逡逑

本文编号：2776435