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NAC家族转录因子是植物特有的一类转录因子,在植物的生长发育、生物和非生物胁迫和激素信号传导等方面都扮演着重要的角色。前期研究发现OsNAC2过表达株系(ON11,ON7)表现出根长变短的性状,且该基因的RNAi株系(RNAi31)表现为根变长。为了进一步阐明OsNAC2对水稻早期根长发育调控的分子机制,本研究通过基因芯片、定量PCR、ChIP-seq、酵母单杂、ChIP-qPCR等技术和方法,对OsNAC2及其下游基因通过调控生长素和细胞分裂素代谢信号途径,调节体内生长素和细胞分裂素含量,控制水稻早期根长发育的分子机制进行了研究,获得以下主要研究结果:1.OsNAC2参与生长素和细胞分裂素代谢通路的调控。过表达OsNAC2,可导致生长素合成基因YUCCA家族、生长素响应因子ARF家族和生长素运输载体PIN家族中的一些基因的表达量下降;吲哚乙酸氨基化合成酶GH3家族基因表达量上升。而细胞分裂素的受体QsHK和合成基因OsLOGL的表达量升高:细胞分裂素降解酶基因OsCKX和其响应因子OsRR的表达量降低。2.OsNAC2通过对生长素和细胞分裂素代谢通路的调控来调节根系中IAA和细胞分裂素的含量,影响水稻早期根长的发育。分别对ON11、WT和RNAi31根系中的内源IAA和细胞分裂素含量进行测定,发现ON11株系中IAA含量减少,细胞分裂素含量增加,而RNAi31株系中IAA含量增加,细胞分裂素含量减少。因此推测,OsNAC2的过表达,导致水稻早期根系中的IAA含量减少,细胞分裂素含量增多,最终表现为根长变短。3.OsNAC2通过与OsGH3-6、OsGH3-8、OsARF25和OsCKX4的启动子特异性结合,调控生长素和细胞分裂素合成、运输和降解,调节水稻早期根尖分生组织激素水平。4.我们在中国科学院植物分子生理学实验室通过Tilling技术获得了 OsNAC2的下游基因的突变体osgh-6和osckx4。结合测序结果筛选出在两个基因的编码区中有碱基突变且氨基酸突变的纯合突变体,各2株,分别为osgh3.6-19和osgh3.6-20及osckx4-2 和 osckx4-12。5.突变体osgh3-6的根长变长,其生长素代谢通路中的相关基因的表达量与OsNAAC2过表达株系中的相反。osckx4根长变短,其细胞分裂素代谢相关的基因的表达量变化趋势与OsNAAC2过表达株系中表达量的结果一致。因此,可表明OsNAC2是通过结合生长素早期响应因子OsGH3-6和细胞分裂素降解基因OsCKX4的启动子,从而改变OsGH3-6和OsCKX4的表达水平,同时介导生长素和细胞分裂素的信号通路,调节水稻根长的生长状态。6.根据ON11、WT和RNAi31的冠根表型、基因芯片和冠根发育相关的基因的定量PCR,OsNAC2与OsCKK4的启动子结合,抑制该基因表达,导致与冠根发育相关基因Oswox1l、crll、crl-4和crl-5的表达量显著下调,冠根数量显著减少,验证OsNAC2可通过结合OsCKO4的启动子参与水稻冠根的发育。7.结合以上实验结果,构建了 OsNAC2调控水稻早期根长的通路图。OsNAC2蛋白可以结合在OsCKX4 OsARF25、OsGH3-6和OsGH3-8基因的启动子上,可抑制细胞分裂素降解酶OsCKX4和生长素响应因子OsARF25的表达,促进吲哚乙酸氨基化合成酶OsGH3-6和OsGH3-8的表达,共同介导生长素和细胞分裂素的信号通路和合成代谢途径,调节水稻早期根长的发育。OsGH3-6/OsGH3-8与生长素之间形成一个反馈环,从而可维持水稻根系中生长素的动态平衡。