拟南芥ERF74对非生物胁迫响应机制的研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:honfei1984
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随着气候变暖和全球生态环境的日益恶化,林木和作物正面临着越来越多的环境胁迫,如干旱、水淹、高温、高盐等非生物胁迫已成为限制林木正常生长和作物产量增加的主要环境因素。为解决这一问题,通过基因工程手段发掘植物胁迫应答相关重要功能基因,并将这些基因导入植物基因组,进而获得抗逆新品种,是应对环境胁迫,提高作物产量的最为有效途径之一。现有研究表明,乙烯响应因子第七亚家族(ETHYLENE RESPONSE FACTOR VII,ERF-VII)成员在植物响应环境胁迫应答以及抗逆过程中扮演重要角色。但是,对于ERF-VII如何调控植物体应答环境胁迫的分子机理依然不甚清楚。因此,进一步分析拟南芥ERF-VII在应答环境胁迫中所起作用,揭示其抗逆分子机制,可以为日后通过利用基因工程手段改良提高作物的抗逆性奠定理论基础。本研究以模式植物拟南芥为材料,以ERF74过表达植株及ERF74和ERF75T-DNA插入功能缺失突变体erf74、erf75、erf74erf75为研究对象,通过反式激活、流式细胞术、凝胶滞留、荧光定量PCR、胁迫处理等技术手段对ERF74和ERF75参与拟南芥环境胁迫应答的作用机理进行研究与分析,并取得以下成果:(1)通过对ERF74共抑制转基因植株(ERF74-DR)的表型分析发现:在正常光强条件下,共抑制转基因植株生长时出现叶片发紫表型,这是由于其对光的耐受性减弱,并产生过量花青素应对光胁迫造成。另外,研究发现ERF74-DR转基因植株对干旱的耐受性也有所降低。(2)利用荧光定量PCR对ERF-VII家族成员AtERF71AtERF75在干旱、强光、高温、高铝、高脱落酸(ABA)处理下的表达模式进行了分析,实验结果表明:At ERF71At ERF75均受以上处理诱导而表达上调,其中AtERF74和AtERF75表达量受胁迫诱导上调最为显著。(3)非生物胁迫处理实验表明:拟南芥ERF74过表达植株(35S::ERF74)对干旱、强光、高温、高铝的耐受性增加,而erf74和erf74erf75突变体植株对以上胁迫的耐受性减弱。(4)通过构建ERF74-GFP融合蛋白载体分析AtERF74蛋白在不同生长条件下的亚细胞定位,结果表明:在正常生长条件下ERF74主要定位在细胞膜中,而在水淹、干旱、强光胁迫条件下,ERF74会从细胞膜转移到细胞核中。这个结果预示着ERF74可能作为一个膜定位转录因子,并在胁迫诱导下重新定位到细胞核中。(5)通过流式细胞仪,利用H2DCFDA染料对拟南芥35S::ERF74、WT、erf74、erf75、erf74erf75原生质体细胞在高温、高铝、高ABA、水淹、干旱、强光处理下的ROS含量变化趋势进行分析,结果表明:erf74、erf74erf75的原生质体细胞缺乏胁迫早期的ROS迸发现象,而35S::ERF74的原生质体细胞胁迫早期的ROS迸发现象则比野生型对照更明显。另外,研究发现erf74、erf74erf75原生质体细胞在胁迫后期的ROS含量明显增高。(6)利用实时荧光定量PCR(qPCR)检测胁迫条件下,拟南芥体内ERF74的增加或缺失对ROS生成相关基因(RbohD、RbohF、PRX33、PRX34)表达的影响,结果表明:各植株RbohD受水淹、干旱、强光胁迫的诱导表达上调,并且在35S::ERF74植株中上调最为显著,在erf74erf75突变体植株中上调最为微弱。因而,我们推测在ROS生成相关基因中,RbohD可能与ROS迸发相关。(7)凝胶滞留实验结果显示,GST-ERF74重组蛋白能够与RbohD启动子的GCC元件(gccgcc)结合。另外,拟南芥原生质体细胞反式激活实验发现,ERF74能够显著激活RbohD启动子驱动的报告基因转录。以上实验结构表明,ERF74通过与RbohD启动子的GCC元件结合,直接调控RbohD的表达。(8)进一步的表达验证分析实验表明:水淹应答基因PDC1、ADH、LDH、SUS1、SUS4,干旱应答基因RD20,高铝应答基因AOX1a,高温应答基因HSP18.2和ROS消除酶基因APX1、APX2、CAT在相应胁迫中的诱导都依赖于RbohD的表达,预先对WT植株进行DPI(Rboh抑制剂)预处理或RbohD的缺失(rbohd T-DNA插入突变体),都会影响以上基因的诱导。综上所述,本研究发现AtERF74作为一个重要胁迫应答因子,在胁迫中从细胞膜进入细胞核,通过直接调控RbohD基因的表达,控制植物体在正常生长和逆境胁迫情况下ROS浓度的变化。
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