水稻OsBBX基因响应热胁迫的初步研究

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高温是制约水稻生长和产量的重要因素,发掘调控水稻耐热元件和培育耐热水稻品种是保证水稻稳产的重要手段。B-box锌指蛋白(BBX)是一类重要的转录因子,对植物响应非生物胁迫具有重要的作用,其结构的类型是蛋白氨基端含有B-box结构域,羧基端含有CCT(CONSTANS,CO=like,and TOC 1)结构域。本研究针对只在蛋白氨基端含有2个B-box结构域的ⅡJ型水稻BBX锌指蛋白亚家族基因(OsBBX)展了生物信息学分析和耐热相关的功能初步研究,取得了以下结果:(1)通过生物信息学分析首先获得了10个Ⅱ型OsBBX同源基因,发现多个基因核酸和蛋白质序列在籼稻和粳稻中存在着明显差异。对这10个基因的启动子区域进行顺式作用元件的分析,发现其中有(OsBBX1,OsBBX13,OsBBX16,OsBBX22,OsBBX30)含有与热胁迫相关的顺时作用元件HSE。10个基因的启动子区域中还有含ABRE.TCA和TGA等激素相关的元件以及生物钟节律相关元件。(2)通过水稻芯片结果分析了10个Ⅱ型OsBBX亚家族基因响应非生物胁迫、不同光周期和温度条件处理的表达特征。结果显示:该亚家族基因在不同胁迫处理下的表达特征都不尽相同,通过对不同光周期和温度的芯片分析后发现,OsBBX11,OsBBXl4和DSBBX4都在不同的光照时间和温度变化下表现出明显的节律性,表明这三个基因参与在光周期和昼夜节律过程中的信号传导。而OsBBX22,,OsBBX16,OsBBX30, OsBBX6 和 OsBBX13的表达量在不同光照时间及温度变化中变化不大,表明这些基因表达对光周期和温度响应不敏感。在热胁迫分析中,OsBBX14,OsBBX29,OsBBX22的表达量在胁迫处理后明显上升,相同的OsBBX1 和 OsBBX16的表达量则下降,表明这些基因对热胁迫响应敏感。在干旱胁迫分析中,这10个基因基本维持高表达,其中在干旱胁迫后,OsBBX1 和 OsBBX13的表达量在干旱耐受型水稻中比正常材料明显升高,表明这两个基因在干旱胁迫中应有重要作用。而在盐胁迫分析中,这10个基因在四种材料中的表达量都较低,说明该亚家族基因整体对盐胁迫响应不敏感。(3)通过实时定量PCR分析的3个含有HSE元件的OsBBX基因在热胁迫下其转录水平的表达情况。结果表明这3个基因在不同的水稻材料中响应热胁迫表达存在明显差异。OsBBX30基因和OsBBX13基因在N22中经热处理后表达量明显增加,而在日本晴和9311品种中,其表达量是降低的。而OsBBX1基因在日本晴品种中,经热处理12h后,其相对表达量明显增加,在9311中其表达量随热处理而降低的,而在N22中其表达量没有明显变化。(4)构建了OsBBX30基因pET-30a-OsBBX30原核表达载体,转入大肠杆菌进行耐热分析。结果发现经50℃热处理后,发现含OsBBX30的转基因大肠杆菌的存活率明显增高,实验结果表明OsBBX30与生物耐热相关,可提高生物的耐热性。(5)构建了表达与热胁迫相关的OsBBX基因OsBBX1-PUC1305 和 OsBBX13-PUC 1305的过量表达、RNAi干扰载体和YFP亚细胞定位载体,通过农杆菌介导法转入水稻Kitaate,已获得了T1代转基因水稻植株。
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