水稻高温胁迫响应因子OsEn8及OsEn9介导的转录调控研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flfi2003
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水稻(Oryza sativa)是世界上最为重要的主要粮食作物之一,随着气候变化,极端天气和频发的自然灾害成为了全球稻米产量的最大威胁。水稻颖果即稻米是水稻主要的可食用部分,颖果在扬花灌浆期对外界环境尤其是温度的变化非常敏感,此阶段发生的极端高温和寒潮会导致严重的减产甚至绝收。目前我们虽然已经知悉一些热胁迫相关基因参与水稻热胁迫过程,但总的来说,我们对水稻高温胁迫响应的具体机制还是知之甚少。NAC类转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,其功能覆盖植物的生长发育、胁迫响应、信号转导等各个方面。OsEn8和OsEn9是两个水稻颖果特异表达的NAC类转录因子,但它们在颖果发育阶段发挥的功能和具体作用机制尚不清楚。本课题主要对水稻灌浆期自然高温胁迫及正常条件下OsEn8和OsEn9的功能和作用机理进行了研究,对其在水稻非生物胁迫应答及颖果灌浆过程中所扮演的角色有了大致的定位及阐述。本研究首先通过实时荧光定量分析、RNA原位杂交、启动子连接报告基因GUS染色等方法,对OsEn8及OsEn9的表达模式进行了较为详细的研究,发现它们均为水稻颖果高表达基因,表达位置主要集中于颖果果皮和种皮,其表达丰度在受精后5-7天达到最大。OsEn8和OsEn9在水稻原生质体中的亚细胞定位实验结果显示,这2个的蛋白定位于细胞核和细胞质。通过酵母双杂交和GST Pull-down实验,发现OsEn8和OsEn9这两个蛋白之间能够发生体外互作,进一步通过双分子荧光互补(Bi FC)实验,确认OsEn8及OsEn9在水稻体内也能发生相互作用,并且这种相互作用会让它们进入细胞核内。之后通过创建OsEn8及OsEn9的CRISPR突变体CR8、CR9及双突变体CRDM,以及这些基因的超量表达材料OX8和OX9,研究它们的生物学功能。在自然高温胁迫下突变体和超表达转基因植株出现大量的干瘪粒和秕谷,其比例显著高于野生型,正常生长条件下其秕谷率依然高于野生型。Ch IP-Seq分析在高温和正常温度下的OX8及OX9中可能被OsEn8和OsEn9直接结合的基因,发现它们大多都与逆境胁迫响应和糖类转运相关。随后使用CR8、CR9、OX8和OX9进行RNA-Seq分析,也发现很多与胁迫应答,代谢途径相关的基因表达变化显著。结合Ch IP-Seq和RNA-Seq分析,找到OsEn8和OsEn9下游约136个可能直接结合的基因,并对其中12个基因进行了酵母单杂交和q RT-PCR实验验证,结果表明,OsEn8和OsEn9可以结合于Os SWEET4、Osb HLH144、Os HCI1和Os MSR2的启动子区,表明其可能通过调节水稻颖果中的糖分转运调节颖果灌浆,并且参与生殖发育阶段的高温胁迫响应。
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