玉米花丝特异性表达基因ZmbZIP25的转录调控和功能研究

来源 :中国农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vonke
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玉米花丝是特化的柱头和花柱,直接参与授粉受精过程。为了利于花粉的粘附,并给花粉萌发提供足够的水分和营养,花丝表面细胞没有任何的防护,这也使病原菌的入侵有了可乘之机。玉米花丝为防御病原菌,存在一些花丝中特异性表达的基因。目前,关于玉米花丝特异性表达基因调控和功能研究的报道还很少。ZmbZIP25(Zea mays bZIP transcription factor 25)是bZIP类转录因子D亚族一个功能未知的蛋白。bZIP D亚族成员主要参与防御病原菌和植物发育两个不同的过程。转录组数据分析显示ZmbZIP25在玉米花丝中特异性表达,RT-PCR结果进一步证实了只在玉米花丝中有ZmbZIP25的表达。原位杂交显示仅在玉米花丝的木质部检测到ZmbZIP25 mRNA的积累。为了研究ZmbZIP25花丝特异表达的调控机制,首先通过5’RACE确定了 ZmbZIP25的转录起始位点。进而克隆了ZmbZIP25上游 2450 bp(-2083~+367)和 2600 bp(-2083~+517)片段(转录起始位点为+1)。拟南芥中稳定表达结果显示ZmbZIP25上游2450 bp可以驱动报告基因GUS在拟南芥柱头的乳突中特异性表达。同时,玉米中瞬时表达分析显示ZmbZIP25上游2450bp驱动的报告基因GUS和GFP仅在玉米花丝中表达,而在玉米其它组织,包括未成熟胚、苞叶、雌穗均未检测到报告基因的表达。然而,不管是拟南芥中的稳定表达还是玉米中的瞬时表达分析均显示ZmbZIP25上游2600 bp不能驱动GUS和GFP的表达。为了确定启动子中控制花丝特异表达的区段,对ZmbZIP25上游2450 bp进行缺失分析,分别缺失成1957 bp(-1590~+367)、1879 bp(-1512~+367)、1695 bp(-1328~+367)和 1484 bp(-1117~-957)时,均能驱动GUS基因在拟南芥柱头的乳突中特异性表达,而当片段缺失到1324 bp(-957~+367)时,报告基因不仅在拟南芥柱头的乳突中表达,还在幼苗、莲座叶和整个花器官中表达,即丧失了其启动的特异性。由此确定,ZmbZIP25上游-1117~-957的161 bp片段可能对ZmbZIP25的特异性起到关键的调控作用,推测在-1117~-957片段中可能存在抑制元件,抑制启动子在其它组织中表达。为研究ZmbZIP25的功能,从玉米自交系Mo17花丝中克隆了 ZmbZIP25基因,玉米原生质体亚细胞定位显示ZmbZIP25定位在细胞核中,符合其作为转录因子的基本特性。但是在酵母中,ZmbZIP25未显示出转录激活活性,且不与G-box、C-box和A-box元件结合。玉米叶片中,ZmbZIP25不受PEG、ABA、NaCl、MeJA和SA诱导表达。在拟南芥中异源表达ZmbZIP25,拟南芥表现出莲座叶变小、植株矮小且早衰的表型,ZmbZIP25表达量越高,株高矮小程度越严重。异源表达ZmbZIP25拟南芥中PR基因表达量上调。在玉米花丝中,ZmbZIP25受到MeJA上调表达,并且在1 h达到最高。将ZmbZIP25转化玉米植株中,转基因玉米出现植株矮小的表型,且随着ZmbZIP25表达量的提高,植株高度变小程度加剧。推测ZmbZIP25可能参与MeJA调控的植物抗病途径。
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