水稻耐旱性调控网络关键调节基因的克隆及OsERF65的功能研究

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作为世界主要粮食作物之一,水稻(Oryza sativa L.)的稳产、高产对保障粮食安全具有至关重要的意义。水稻在生产过程中对水分有极大需求,然而,我国水资源匮乏,旱灾频发,随着全球环境恶化与气候异常加剧了旱灾的程度,这使得水稻的生产受到非常严峻的挑战。因此,挖掘水稻抗旱基因,探究水稻抗旱机理,从而培育具有节水抗旱特性的水稻品种,对于稳定粮食安全十分重要。转录调控因子通过调控一系列下游基因的转录,在植物生长发育、抵御逆境等方面发挥重要作用,因此挖掘与鉴定水稻中与抗旱性相关的转录调控因子,对培育节水抗旱稻(WDR)具有重要价值。本实验室前期选取了不同抗旱类型的典型材料,进行了耐旱性分析和转录组测序分析,获得了多个耐旱性基因共表达网络的节点。本文对其中的5个编码转录调控因子的基因进行克隆和转基因材料的创制。并对其中一个编码AP2/ERF转录因子的Os ERF65基因进行了详细的功能研究。主要结果如下:1. 对5个编码转录调控因子的耐旱候选基因进行了基因克隆、超表达载体和CRISPR/Cas9基因敲除载体的构建,并且利用农杆菌转化法对日本晴水稻进行了遗传转化,通过分子鉴定获得了相应的转基因植株。2. 对其中的一个候选基因Os ERF65进行了功能研究。序列比对与进化树分析结果显示,Os ERF65为AP2/ERF家族中ERF亚家族成员,并且与多个抗逆相关的AP2/ERF蛋白具有较近的亲缘关系。3. Os ERF65蛋白定位于细胞核,在酵母中具有一定的转录自激活活性。4. Os ERF65的启动子区域含有多种激素响应相关元件,表达模式检测显示,Os ERF65的表达可不同程度地受多种非生物逆境胁迫(干旱、冷、热、盐、H2O2、PEG)和激素(ABA、乙烯、GA、SA和JA)处理的诱导。5. 在PEG6000模拟干旱胁迫下,Os ERF65超表达植株存活率高于WT植株,oserf65突变体植株存活率低于WT植株,Os ERF65超表达植株的脯氨酸含量显著高于WT植株,而oserf65突变体植株的H2O2含量显著高于WT植株,说明Os ERF65正调控水稻的耐旱性。6. 转录组高通量测序分析显示大量的抗逆相关基因在Os ERF65超表达植株中上调表达,这些基因编码抗逆相关的功能蛋白如热激蛋白、LEA蛋白等。7. 酵母双杂交实验显示Os ERF65可以与Os MYB48-1相互作用,暗示Os ERF65可以与其他转录调控因子互作共同调节水稻的耐旱性。
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