【摘 要】
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树木是维持森林生态系统稳定的关键性资源。干旱是危害全球树木生长发育的最严重的环境制约因素之一。因此,培育抗旱树种,了解树木响应干旱胁迫的分子应答机制,对森林可持续增产具有极其重要的意义。当树木响应干旱胁迫时,树木根系将通过调节自身形态特征以及在生理、生化和分子水平的变化,来完成对干旱胁迫的应答反应。以往的研究已表明锌指蛋白转录因子能够在植物生长发育、形态发生和逆境响应中发挥着不同的调控作用,但其对
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树木是维持森林生态系统稳定的关键性资源。干旱是危害全球树木生长发育的最严重的环境制约因素之一。因此,培育抗旱树种,了解树木响应干旱胁迫的分子应答机制,对森林可持续增产具有极其重要的意义。当树木响应干旱胁迫时,树木根系将通过调节自身形态特征以及在生理、生化和分子水平的变化,来完成对干旱胁迫的应答反应。以往的研究已表明锌指蛋白转录因子能够在植物生长发育、形态发生和逆境响应中发挥着不同的调控作用,但其对抗旱机理的研究大多集中在茎叶部分,对根系的研究较少。本研究以大青杨为研究对象,开展了对PuZFP1调控根部应答干旱胁迫的下游靶基因的筛选与鉴定。(1)基于前期研究结果,本实验针对PuZFP1中的EAR抑制域进行改造,分别构建EAR突变和缺失的两个过表达载体(p BI121-PuZFP1m-GFP和p BI121-PuZFP1dGFP),并进行大青杨遗传转化。PuZFP1m-OE和PuZFP1d-OE株系与PuZFP1抑制表达株系根系的性状高度相似,与WT相比,均呈现侧根数量增多,而不定根长度则无明显变化的表型。说明突变或删除PuZFP1中EAR motif基序将失去原本的转录抑制功能,也进一步证明了PuZFP1能够影响根系发育。(2)利用转录组测序(RNA-seq)技术对PuZFP1差异基因进行GO富集分类,发现抑制表达PuZFP1能够影响许多与根发育和ABA信号途径相关基因的表达。同时利用DNA亲和纯化测序(DAP-seq)技术,找到PuZFP1转录因子能够直接结合的序列。通过对RNA-seq和DAP-seq共同分析筛选出匹配度最高的两个候选靶基因Pu WRKY46和Pu PP2C34,与根发育或ABA信号途径相关。利用q RT-PCR验证RNA-seq和DAPseq数据,结果显示Pu WRKY46和Pu PP2C34在PuZFP1抑制表达株系中呈现显著上调趋势,与RNA-seq和DAP-seq分析结果一致。(3)为了进一步探究PuZFP1响应干旱胁迫下的候选靶基因,利用双分子荧光互补实验(LUC)对PuZFP1和根发育或ABA途径相关的候选靶基因进行验证,发现PuZFP1能够结合在Pu WRKY46基因和Pu PP2C34基因的启动子区,进一步凝胶迁移实验(EMSA)验证,实验结果表明PuZFP1能够与Pu WRKY46基因启动子区“CAGTGG”元件和Pu PP2C34基因启动子区“TTTTGTTTT”序列特异性结合,从而直接调控Pu WRKY46和Pu PP2C34表达。综上所述,PuZFP1能够影响大青杨根系发育,通过对PuZFP1在干旱胁迫下可能调控的靶基因进行筛选和鉴定,找到了PuZFP1结合的元件,确定PuZFP1通过直接结合Pu WRKY46和Pu PP2C34基因的启动子区元件来调节基因的表达。
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