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世界上约有一半人口以水稻为主食,包括高温、冷害、干旱、盐害等非生物胁迫都会影响水稻的生长,进一步影响水稻产量。培育耐逆性强的水稻品种对于粮食稳产具有重要意义。本实验室前期研究表明水稻A20/AN1型锌指蛋白参与了非生物胁迫响应。本文主要分析了 A20/AN1型锌指蛋白ZFP173和ZFP157的生物学功能和可能参与的逆境应答机制。取得的主要研究结果如下:ZFP173的结构与表达:与常规的A20/AN1型锌指蛋白不同,ZFP173仅具有一个AN1锌指结构,而不含有A20锌指结构。实时定量PCR分析表明ZFP173在水稻生长发育过程的不同组织中均有表达,在茎、茎节、旗叶中的表达量较高,而在根和叶片中的表达量相对较低。高盐、干旱胁迫以及外源ABA处理等能够诱导ZFP173的基因表达。原生质体和烟草细胞的亚细胞定位结果表明ZFP173位于细胞核中。转录激活活性实验结果表明ZFP173在酵母细胞中不具有转录激活活性。酵母双杂交结果表明ZFP173能与泛素蛋白发生互作,推测ZFP173可能参与了 26S泛素蛋白酶体途径。转基因材料获得与分析:通过农杆菌介导法获得了 ZFP173过量表达转基因材料、干涉抑制表达转基因材料与CRISPR/Cas9定点编辑的转基因材料,并获得纯合株系。农艺性状统计表明苗期和成株期ZFP173过量表达转基因植株的株高都显著低于野生型,而干涉抑制表达转基因植株的株高略高于野生型。同时,过量表达ZFP173导致水稻籽粒长度变短。利用3000份水稻品种重测序数据进行了单倍型分析,发现ZFP173编码区存在千粒重具有显著差异的不同单倍型。上述结果表明ZFP173可能参与了对水稻生长发育的调控。ZFP173参与非生物逆境胁迫:ZFP173能提高转基因水稻的耐旱性。干旱处理下,ZFP173过量表达转基因植株的存活率显著高于野生型,而ZFP173干涉材料的存活率低于野生型。同时,ZFP173过量表达植株的离体叶片电导率也显著低于野生型。说明过量表达ZFP173能够减轻干旱胁迫对细胞的损害,提高抗旱性。种子发芽期,ZFP173过量表达转基因材料对ABA更敏感,发芽前期ABA处理后其相对发芽率下降的更为显著。苗期进行ABA处理后,ZFP173转基因材料的苗高和根长与野生型相比差异不显著。低温环境下,ZFP173干涉抑制表达转基因植株的存活率显著高于野生型,而过量表达转基因植株的存活率与野生型植株差异不大,表明抑制ZFP173的表达能提高植株对低温胁迫的耐受性。盐处理条件下,ZFP173过量表达植株的存活率远高于野生型,而干涉抑制表达转基因植株的存活率低于野生型,表明ZFP1 73参与植物耐盐调控。RNA-seq分析:RNA-seq结果显示ZFP1 73过量表达转基因植株与野生型相比,一共有656个差异表达基因。其中358个基因的表达量上调,298个基因的表达量下调。对差异表达基因进行GO富集,结果显示ZFP173可能参与氧结合、转移酶活性、催化活性、次生代谢过程、生物调节、向性、代谢过程、脂质代谢过程、对生物胁迫响应、对非生物胁迫响应等过程。表明ZFP1 73可能是通过影响水稻胁迫相关基因的表达来响应非生物逆境胁迫。ZFP157的结构与表达:ZFP157是一个水稻A20/AN1型锌指蛋白,同时包含A20和AN1锌指结构。ZFP157在水稻生长发育的不同组织中均有表达,定位在细胞质中。ZFP157能与锌指蛋白ZFP157YH1和泛素蛋白RAD23互作。本实验室前期已经获得了 4个ZFP157过量表达株系和3个CRISPR/Cas9基因编辑株系。ZFP157参与非生物逆境胁迫:在高盐胁迫下,ZFP157转基因材料表现出对盐胁迫的敏感性,植株存活率下降,并且过表达植株表现出对盐胁迫更为敏感。但提高ZFP157的表达能提高植物抗旱性。ZFP157参与对低温胁迫的响应过程,过量表达ZFP157降低了植株低温耐性。RNA-seq分析:ZFP157的RNA-seq结果显示ZFP157过量表达转基因植株与野生型相比,一共找到1461个差异表达基因,其中822个基因表达量上调,639个基因表达量下调。差异表达基因主要是参与细胞壁结构建成、氧结合、转移酶活性、代谢过程、压力过程、催化活性、生物胁迫刺激、非生物胁迫刺激、内源性刺激等过程的基因。结果表明ZFP157可能是通过影响水稻胁迫相关基因的表达来响应非生物逆境胁迫。