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《中国农业大学》 2014年
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谷子DREB类转录因子SiARDP功能及其表达调控研究

李丛  
【摘要】:干旱胁迫严重影响植物生长,是限制农作物产量的主要环境因素之一。植物进化出了多种分子机制来适应和抵抗干旱胁迫。在植物中,响应干旱胁迫的信号途径主要有两个:一个是脱落酸(abscisic acid, ABA)依赖信号途径,另一个是非ABA依赖信号途径。两条信号通路之间并不是孤立的,它们彼此相互联系,形成了一个复杂的调控网络。 谷子是原产于我国的一种古老的粮食作物,具有营养丰富和抵抗干旱环境等特点,是我国重要的战略粮食作物。目前对谷子抗旱的分子机理还知之甚少。在本研究中,我们以干旱响应元件(dehydration responsive element, DRE)为诱饵,通过酵母单杂交技术从谷子cDNA文库中克隆到一个响应ABA信号的DRE元件结合蛋白基因。我们将该基因命名为SiARDP (Setaria italica ABA-responsive DRE-binding protein)。 Quantitative real-time PCR (qRT-PCR)和Northern blot结果显示SiARDP受干旱、高盐、ABA和低温诱导表达。SiARDP在谷子的根、茎、叶和花序中都有表达,并且在叶中表达量较高。谷子原生质体亚细胞定位显示SiARDP蛋白定位于细胞核;凝胶阻滞(electrophoretic mobility shift assay, EMSA)实验表明原核表达的SiARDP-His融合蛋白能与DRE元件结合;酵母转录激活实验证明SiARDP蛋白具有转录激活活性。在拟南芥中异源表达SiARDP能够提高植物对干旱和高盐的耐受力,干旱胁迫下转基因植株比野生型植株积累更多的脯氨酸,高盐胁迫下转基因植株的离子渗透率低于野生型植株。在谷子中超表达SiARDP提高了转基因谷子的耐旱性,并且干旱胁迫下转基因谷子比野生型谷子积累了更多的脯氨酸。超表达转基因谷子中多个启动子区存在DRE元件与干旱胁迫相关基因的表达量升高,说明超表达谷子植株中SiARDP通过调控干旱胁迫相关基因的表达来提高植株耐旱能力。 分析显示SiARDP启动子区存在两个ABA响应元件(ABA-responsive element, ABRE)。我们从谷子中克隆了两个ABRE结合蛋白(ABRE-binding protein, AREB)基因分别命名为SiAREBl和SIAREB2。 SiAREBl和SiAREB2受干旱、高盐和ABA诱导,但不受低温胁迫诱导。谷子原生质体亚细胞定位显示SiAREB1和SiAREB2定位于细胞核,酵母转录激活实验证明SiAREB1和SiAREB2具有转录激活活性。EMSA,酵母单杂和ChIP分析证明SiAREB1和SiAREB2在体内和体外都能够与SiARDP启动子区的ABRE元件直接结合。在拟南芥中异源表达SiAREBl和SiAREB2同样能够提高转基因拟南芥对干旱和高盐的耐受力。点突变和蛋白磷酸化实验表明SiAREB2蛋白活性受磷酸化修饰调控。 综上所述,SiARDP作为DREB类转录因子参与谷子非生物胁迫应答,在干旱和高盐胁迫下受AREB转录因子调控,参与ABA信号通路,在低温胁迫下可能受其它因子调控参与非ABA信号通路。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:S515

【参考文献】
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