水稻耐旱转录因子基因的分离和OsbZIP62的功能鉴定
发布时间：2021-04-06 07:48
水稻（Oryza sativa L.）是重要的粮食作物之一,同时也是功能基因研究的模式植物。但是水稻对干旱、高盐和高温胁迫等非生物逆境的耐受能力较差,且是需水量最大的农作物,其用水量约占我国农业用水量的70%。全球气候变暧、干旱频发、水资源短缺等对水稻的生产造成了极大影响。因此,寻找水稻抗旱基因,增强水稻对逆境胁迫的适应性,培育节水抗旱稻（WDR）,从而增加水稻产量显得尤为重要。本研究通过对水稻耐旱性转录组数据分析,筛选获得了一批耐旱性候选基因,对这些基因在水稻中分别进行了超量表达和基因敲除,然后对这些转基因水稻在PEG6000模拟干旱胁迫条件下进行表型筛选,从中得到了一个对水稻耐旱性有明显功能的基因OsbZIP62,并对其进行了详细的功能解析。主要结果如下:1. 通过对不同抗旱类型的典型水稻材料的叶片转录组数据进行生物信息学分析,我们得到了10个位于耐旱基因共表达网络节点的候选基因,并对这些基因进行了克隆、超量表达载体和CRISPR/Cas9基因敲除载体的构建,通过农杆菌介导法对粳稻品种日本晴进行了遗传转化。用PEG6000溶液对这些转基因水稻进行了苗期的模拟干旱胁迫筛选,获得了1个...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物体内非生物逆境胁迫信号传递一般途径
水稻耐旱相关转录因子基因的分离和OsbZIP62的功能鉴定9图2.植物逆境应答的ABA依赖和ABA非依赖途径。Figure2.ABA-dependentandABA-independentsignalingpathwayinresponsetoosmoticstress(Yoshidaetal.,2014).一般而言，ABA依赖型主要在植物面临干旱、高盐和渗透胁迫时发挥作用，而ABA非依赖型则主要在植物面临冷胁迫时发挥作用。在ABA依赖型的逆境胁迫响应过程中，植物通过激活ABA合成途径提高ABA的含量，再通过ABA信号传递激活相关转录因子、提高转录水平，进而促进转录因子与下游抗逆基因的启动子结合从而激活或抑制胁迫相关基因表达，提高植物对逆境胁迫的适应性。依赖于ABA胁迫应答的基因启动子区域一般含有ABRE（ABAresponsiveelement）、CE（couplingelement）等顺式元件，转录因子bZIP、WRKY、MYB和AP2/EREBP等通过与其结合来调控胁迫相关基因的表达。Guiltinan等人最早从小麦Em和水稻RAB基因的启动子研究开始，发现ABRE是一段含有ACGTGGC序列的片段（Guiltinanetal.,1990）。ABRE的一致序列为（C/T/G）
水稻耐旱相关转录因子基因的分离和OsbZIP62的功能鉴定11实了RCAR1与ABA的结合活性，发现RCAR1是ABA的潜在受体（Maetal.,2009）。同年Park等人运用化学遗传学方法，用人工合成法模仿ABA作用的种子萌发抑制剂pyrabactin筛选到了PYR/PYL/RCAR家族成员的另一个蛋白PYL1，并且证实PYL1也能与ABA结合。RCAR1和PYL1都是包含有START结构域的蛋白，它们可以与PP2C（Proteinphosphatase2C）结合，并抑制其磷酸化活性（Maetal.,2009;Parketal.,2009）。随后包括中国、美国、日本、法国等国的科研人员在Science和Nature及其子期刊上相继报道了有关PYL蛋白就是ABA真正受体的结构生物学研究成果，并对其结构进行了比较和分析，解析了ABA是如何介导PYL蛋白与PP2C结合并抑制PP2C活性的分子机制（Yinetal.,2009）。朱健康研究团队用胁迫响应启动子pRD29A将产生ABA的PYL受体蛋白PYL9在拟南芥和水稻中进行转化，发现该蛋白的过量生产可提高植物的抗旱性（Zhaoetal.,2016;Wangetal.,2017）。最近，研究人员通过系统的生化分析，发现了ABA信号传导过程中一个新的负调控因子——酪蛋白激酶（AELs），该蛋白能将ABA受体蛋白PYR/PYLs磷酸化和降解，进而抑制ABA的信号传递（图3），这进一步增加了人们对ABA信号通路的认识，也为了解ABA的抗旱机理提供了新的参考（Chenetal.,2018）。图3.ABA信号传导核心通路。Figure3.ABAcoresignalinginArabidopsis(Chenetal.,2018).
【参考文献】：
期刊论文
[1]节水抗旱稻的培育与应用[J]. 罗利军. 生命科学. 2018(10)
[2]全球变暖背景下中国东部气候变迁及其对物候的影响[J]. 蔡榕硕,付迪. 大气科学. 2018(04)
[3]探究我国耕地土壤重金属污染现状与防治对策[J]. 杨寿南. 环境与发展. 2018(06)
[4]节水抗旱稻的种植技术及问题分析[J]. 陈志红. 湖北植保. 2018(03)
[5]节水抗旱稻新组合“旱优73”高产制种技术[J]. 兰有明. 福建农业科技. 2015(04)
[6]气候变化对农业生产与粮食安全影响的新认知[J]. 谢立勇,李悦,徐玉秀,赵迅,宋艳玲,姜彤,林而达. 气候变化研究进展. 2014(04)
[7]玉米A亚族bZIP转录因子基因ZmbZIP81的克隆、表达与功能分析[J]. 王策,杨艳歌,吕维涛,周春菊,孙冬梅,邓馨. 作物学报. 2014(09)
[8]杂交节水抗旱稻新组合旱优113号的选育与应用[J]. 刘国兰,李明寿,郭嗣斌,高国庆,罗利军,余新桥. 南方农业学报. 2013(11)
[9]植物bZIP转录因子的生物学功能[J]. 张计育,渠慎春,郭忠仁,杜小丽,都贝贝,章镇. 西北植物学报. 2011(05)
[10]Genome-wide Expansion and Expression Divergence of the Basic Leucine Zipper Transcription Factors in Higher Plants with an Emphasis on Sorghum[J]. Jeevanandam Vanitha,Srinivasan Ramachandran. Journal of Integrative Plant Biology. 2011(03)
博士论文
[1]拟南芥转录因子TGA7参与植物响应干旱胁迫的机制研究[D]. 吴娟娟.中国农业大学 2014
硕士论文
[1]栽培稻抗旱性的性状鉴定与水分适应度研究[D]. 王飞名.华中农业大学 2008
本文编号：3121072
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物体内非生物逆境胁迫信号传递一般途径
水稻耐旱相关转录因子基因的分离和OsbZIP62的功能鉴定9图2.植物逆境应答的ABA依赖和ABA非依赖途径。Figure2.ABA-dependentandABA-independentsignalingpathwayinresponsetoosmoticstress(Yoshidaetal.,2014).一般而言，ABA依赖型主要在植物面临干旱、高盐和渗透胁迫时发挥作用，而ABA非依赖型则主要在植物面临冷胁迫时发挥作用。在ABA依赖型的逆境胁迫响应过程中，植物通过激活ABA合成途径提高ABA的含量，再通过ABA信号传递激活相关转录因子、提高转录水平，进而促进转录因子与下游抗逆基因的启动子结合从而激活或抑制胁迫相关基因表达，提高植物对逆境胁迫的适应性。依赖于ABA胁迫应答的基因启动子区域一般含有ABRE（ABAresponsiveelement）、CE（couplingelement）等顺式元件，转录因子bZIP、WRKY、MYB和AP2/EREBP等通过与其结合来调控胁迫相关基因的表达。Guiltinan等人最早从小麦Em和水稻RAB基因的启动子研究开始，发现ABRE是一段含有ACGTGGC序列的片段（Guiltinanetal.,1990）。ABRE的一致序列为（C/T/G）
水稻耐旱相关转录因子基因的分离和OsbZIP62的功能鉴定11实了RCAR1与ABA的结合活性，发现RCAR1是ABA的潜在受体（Maetal.,2009）。同年Park等人运用化学遗传学方法，用人工合成法模仿ABA作用的种子萌发抑制剂pyrabactin筛选到了PYR/PYL/RCAR家族成员的另一个蛋白PYL1，并且证实PYL1也能与ABA结合。RCAR1和PYL1都是包含有START结构域的蛋白，它们可以与PP2C（Proteinphosphatase2C）结合，并抑制其磷酸化活性（Maetal.,2009;Parketal.,2009）。随后包括中国、美国、日本、法国等国的科研人员在Science和Nature及其子期刊上相继报道了有关PYL蛋白就是ABA真正受体的结构生物学研究成果，并对其结构进行了比较和分析，解析了ABA是如何介导PYL蛋白与PP2C结合并抑制PP2C活性的分子机制（Yinetal.,2009）。朱健康研究团队用胁迫响应启动子pRD29A将产生ABA的PYL受体蛋白PYL9在拟南芥和水稻中进行转化，发现该蛋白的过量生产可提高植物的抗旱性（Zhaoetal.,2016;Wangetal.,2017）。最近，研究人员通过系统的生化分析，发现了ABA信号传导过程中一个新的负调控因子——酪蛋白激酶（AELs），该蛋白能将ABA受体蛋白PYR/PYLs磷酸化和降解，进而抑制ABA的信号传递（图3），这进一步增加了人们对ABA信号通路的认识，也为了解ABA的抗旱机理提供了新的参考（Chenetal.,2018）。图3.ABA信号传导核心通路。Figure3.ABAcoresignalinginArabidopsis(Chenetal.,2018).
【参考文献】：
期刊论文
[1]节水抗旱稻的培育与应用[J]. 罗利军. 生命科学. 2018(10)
[2]全球变暖背景下中国东部气候变迁及其对物候的影响[J]. 蔡榕硕,付迪. 大气科学. 2018(04)
[3]探究我国耕地土壤重金属污染现状与防治对策[J]. 杨寿南. 环境与发展. 2018(06)
[4]节水抗旱稻的种植技术及问题分析[J]. 陈志红. 湖北植保. 2018(03)
[5]节水抗旱稻新组合“旱优73”高产制种技术[J]. 兰有明. 福建农业科技. 2015(04)
[6]气候变化对农业生产与粮食安全影响的新认知[J]. 谢立勇,李悦,徐玉秀,赵迅,宋艳玲,姜彤,林而达. 气候变化研究进展. 2014(04)
[7]玉米A亚族bZIP转录因子基因ZmbZIP81的克隆、表达与功能分析[J]. 王策,杨艳歌,吕维涛,周春菊,孙冬梅,邓馨. 作物学报. 2014(09)
[8]杂交节水抗旱稻新组合旱优113号的选育与应用[J]. 刘国兰,李明寿,郭嗣斌,高国庆,罗利军,余新桥. 南方农业学报. 2013(11)
[9]植物bZIP转录因子的生物学功能[J]. 张计育,渠慎春,郭忠仁,杜小丽,都贝贝,章镇. 西北植物学报. 2011(05)
[10]Genome-wide Expansion and Expression Divergence of the Basic Leucine Zipper Transcription Factors in Higher Plants with an Emphasis on Sorghum[J]. Jeevanandam Vanitha,Srinivasan Ramachandran. Journal of Integrative Plant Biology. 2011(03)
博士论文
[1]拟南芥转录因子TGA7参与植物响应干旱胁迫的机制研究[D]. 吴娟娟.中国农业大学 2014
硕士论文
[1]栽培稻抗旱性的性状鉴定与水分适应度研究[D]. 王飞名.华中农业大学 2008
本文编号：3121072
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