白桦BpSZA1基因调控抗旱耐盐分子机制研究

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在植物生长过程中,常常受到高盐、干旱等非生物胁迫的影响。植物通过某些转录因子调控非生物胁迫下植物体内生理生化反应,从而提高植物对非生物胁迫的耐受能力。C2H2型锌指蛋白在调控植物应对非生物胁迫信号途径中发挥重要作用。本研究从实验室前期的白桦(Betula platyphylla Suk.)盐胁迫转录组数据中,鉴定到了一条C2H2型锌指蛋白基因,该基因在盐胁迫全程表达,将其命名为BpSZA1(Salt-induced zinc finger protein of Arabidosis thaliana,MZ544846),并对BpSZA1基因的功能和调控高盐、干旱等胁迫的机制进行了初步研究,主要结果如下:(1)从白桦中鉴定了一个C2H2型锌指蛋白基因BpSZA1,其定位在细胞核中。BpSZA1基因的表达量在成熟茎、衰老茎、衰老叶、根、成熟叶和幼叶中依次降低。BpSZA1基因受到高盐,干旱等胁迫信号以及三种激素(ABA、GA和Me JA)的诱导表达。BpSZA1基因启动子中包含GT1GMSCAM4、EBOXBNNAPA、MYBCORE和ABRELATERD1等许多胁迫响应顺式作用元件,并且BpSZA1基因启动子是胁迫诱导性启动子同样响应Na Cl,PEG和ABA处理。(2)通过转基因技术获得了过表达和抑制表达BpSZA1基因转基因白桦株系。干旱胁迫和盐胁迫分析表明,过表达BpSZA1植株的株高、鲜重和根长等生长指标明显优于野生型并且生长状态更好,而抑制表达BpSZA1植株生长指标明显劣于野生型并且生长状态更差。另外,过表达BpSZA1降低了MDA、H2O2含量和相对电导率,提高了SOD和POD活性、增加了叶绿素和脯氨酸含量。同时,ABA处理诱导过表达株系的气孔关闭。以上试验结果证明,BpSZA1正调控白桦抗旱耐盐能力。(3)通过对过表达株系OE6,抑制表达株系Ri7以及野生型白桦进行转录组测序分析,在盐胁迫前鉴定出了上调表达基因884个,下调表达716个基因;在盐胁迫后,鉴定出上调表达基因1119个,下调表达基因1841个。其中包括许多胁迫响应有关的基因。(4)通过软件预测及酵母单杂交试验和效应载体和报告载体共转化试验验证,BpSZA1基因与核心序列为GAGAGA元件特异性结合。Ch IP-PCR和Ch IP-q PCR结果进一步证明,BpSZA1基因可以与Bp APX1、Bp APX2、Bp CAT和Bp6PGDH等基因启动子区结合,调控这些基因的表达。(5)转录自激活试验结果显示,BpSZA1基因具有转录自激活活性,其转录自激活区域位于C端212~247氨基酸处。通过酵母双杂交试验筛选以及双分子荧光互补试验鉴定出了与BpSZA1互作的蛋白Bp DH。过表达Bp DH基因通过提高活性氧清除能力以及脯氨酸的含量提高了植株的抗盐能力。综上所述,本研究初步探究了BpSZA1抗旱耐盐机制,一方面,BpSZA1可以通过与下游靶基因Bp APX1、Bp APX2、Bp CAT和Bp6PGDH等基因的启动子区的GAGAGA元件结合,BpSZA1基因正向调控植物抗旱耐盐能力;另一方面,BpSZA1蛋白可以与可以与Bp DH组成复合体,正向调控植物抗旱耐盐能力。本研究鉴定了一个受干旱和高盐诱导的基因,并初步探究了其调控高盐、干旱胁迫的机制,为了解植物抗旱耐盐机制以及选育白桦品种提供了理论依据。
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