非生物逆境严重制约着植物的生长发育和作物的生产增收,水稻是世界上主要的粮食作物之一,研究水稻对非生物逆境的适应和抵抗机制,将有助于对其进行抗逆遗传改良,扩大种植范围、提高产量。OsSKIPa是本室已经鉴定的一个在水稻抗逆和生长发育过程中起关键作用的转录调控因子。抑制表达OsSKIPaa的转基因水稻(OsSKIPa-RNAi)细胞活力降低、生长受阻;而超量表达OsSKIPa的转基因水稻(OsSKIPa-OE)在干旱胁迫下能维持较高的细胞活力,抗旱能力增强,并且其中很多抗逆关键基因的表达发生显著变化。另外,OsSKIPa-OE植株对低温胁迫的敏感性显著提高。为了解析OsSKIPa调控水稻抗逆性和生长发育的分子机制,本研究从OsSKIPa的互作蛋白入手,研究了其中两个转录因子(OsTMF和OsARID3)在水稻逆境应答和生长发育中的作用。OsTMF是人类TMF(TATAelementmodulatory factor)蛋白在水稻中唯一的同源蛋白。OsTMF通过其C-末端的TMF_TATA_bd结构域与OsSKIPa互作。超量表达OsTMF的转基因水稻(OsTMF-OE)与对照水稻“中花11”相比,在正常条件和干旱、高盐和高温等逆境胁迫下没有明显差异;在低温胁迫下,OsTMF-OE植株表现出更高的敏感性,却积累更多的脯氨酸。基因芯片分析显示,低温胁迫下,OsTMF-OE植株中参与低温应答调控的DREBls基因的表达显著上升,而参与活性氧(ROS)清除的过氧化物酶基因(POXs)的表达显著下降。与之相对应的是,ostmf突变体耐低温胁迫的能力显著高于野生型;低温胁迫下ostmf突变体中脯氨酸含量降低,DREBls基因的表达显著下降,而POXs基因的表达显著上升。另外,OsTMF-OE植株对氧化胁迫的敏感性提高。这些结果说明OsTMF对植物在低温胁迫下的信号传递和应答过程起着正调控作用,OsTMF促进低温胁迫下DREB1s基因的表达和脯氨酸的产生,并通过负调控POXs基因的表达来维持ROS水平,以激活依赖于ROS的低温胁迫信号传递。而造成OsTMF-OE植株低温敏感表型的一个主要原因可能是ROS的过度积累造成了氧化胁迫。通过对低温胁迫下OsSKIPa-OE植株的基因表达分析和脯氨酸含量测定,我们发现造成OsSKIPa-OE植株低温敏感表型的分子机制与OsTMF-OE植株是类似的,说明OsSKIPa在植物低温应答中的作用与OsTMF是相似或相关的。OsTMF在高尔基体和细胞核中都有定位,且定位信号位于C-末端。另外,OsTMF还通过C-末端的结构域与RabGTP酶互作。TMF蛋白在高尔基体的定位以及与RabG][P酶的互作在人类、酵母和拟南芥中都是高度保守的。通过解析OsTMF在水稻低温胁迫应答中的作用,本研究不仅首次揭示了植物中TMF同源蛋白的功能;更从全新的角度阐释了脯氨酸和DREBls基因与低温胁迫表型的关系;并为阐述OsSKIPa-OE植株低温敏感表型的分子机制提供了侧面依据。OsARID3 是一个 DNA-binding 蛋白,属于 ARID(AT-richInteractionDomain)家族。OsARID3定位于细胞核,通过其C-末端的HSP20结构域与OsSKIPa互作。染色质免疫共沉淀实验和凝胶迁移实验证明OsARID3能特异地结合靶基因中富含AT的DNA序列,这些靶基因中包括对茎尖分生组织(SAM)发育起关键作用的KNOXI(Class I KNOTTEDl-LIKE HOMEOBOX)家族基因和多个生长素(auxin)合成基因YUCCA(YUC)基因和细胞分裂素(CK)合成基因IPT基因等。osarid3突变体中多个KNOXI、YUC和IPT基因的表达显著下降;auxin含量显著上升、CK含量显著下降;并且呈现非常极端的发育缺陷,表现为胚胎发育和SAM发育异常、幼苗致死、愈伤组织细胞活力降低、不能再分化成苗等。基因表达分析结果还显示OsARID3也影响着与多种植物激素的合成、代谢、信号传导和运输相关的基因以及多种类型转录因子基因的表达。这些结果说明OsARID3通过调控auxin和CK等植物激素相关基因以及KNOXI等转录因子基因的表达,来维持激素水平的稳定、SAM的发育和维持细胞活力。由于OsSKIPaa-RNAi植株也表现出发育受阻、SAM缺陷和细胞活力降低等发育缺陷,与osarid3突变体的表型是非常一致的,说明OsSKIPa对植株生长发育和细胞活力的调控可能是通过与OsARID3的互作实现的。另外,与OsSKIPa-OE和OsTMF-OE植株一致的是,OsARID3-OE植株也呈现出对低温胁迫的敏感性提高,暗示着它们可能存在于同一个转录调控复合体中,共同作用于植物对低温胁迫的应答调控。本研究通过解析OsARID3的功能,不仅进一步阐述了植物SAM发育的分子调控机理;解析了 OsSKIPa调控水稻生长发育和细胞活力的机制;也进一步揭示了植物ARID蛋白在调控生长发育中的关键作用。