拟南芥OSR家族基因的表达模式分析及OSR2参与干旱胁迫反应的实验证据

【摘要】：实验室前期工作证明拟南芥基因组中存在一个与细菌小电导机械敏感通道基因(MseS)有较高同源性的基因家族,该家族有10个成员。根据该类基因在细菌响应渗透胁迫中的功能以及拟南芥该基因家族中部分成员的表达受高渗胁迫诱导的特点,将拟南芥该家族基因命名为AtOSR(Osmotic-Stress Responsive)家族。本论文工作在进一步对该家族成员受高渗诱导表达模式分析研究的基础上,对其中OSR2参与植物响应高渗和干旱胁迫反应的功能进行了分析研究。 首先利用生物信息学手段分析了OSR家族基因启动子区域可能的作用元件,以及这些基因在拟南芥中的表达与逆境胁迫的关系。数据库分析结果显示OSR家族基因的表达总体较弱,其中OSR2、OSR3和OSR4的表达受高渗和高盐处理诱导,而OSR9的表达受高渗和高盐处理抑制。利用Promoter∶∶GUS融合基因分析了OSR家族10个基因在拟南芥不同发育时期和各个器官的表达情况,发现OSR家族基因在保卫细胞中都有一定程度的表达,并且OSR2表达受渗透胁迫诱导。同时用RT-PCR方法分析了基因在转录水平的表达特点。 对OSR家族基因的T-DNA插入纯合突变体进行表型分析的结果表明,该家族中有4个基因的突变体表现出对干旱胁迫敏感的性状,包括在干旱胁迫处理下较早萎蔫、复水后生存率较野生型低等。对其中两个基因(OSR2和OSR9)突变体表型的进一步分析表明,osr2和osr9突变体(T-DNA插入突变体)离体叶片的失水速率显著快于野生型,osr2和osr9突变体在高渗和高盐胁迫条件下气孔不能正常关闭。利用RT-PCR方法分析了OSR2基因转录水平的表达,结果显示该基因的表达受高渗和干旱胁迫诱导。OSR2基因Promoter∶∶GUS转基因T3代纯合单拷贝株系保卫细胞在正常和渗透处理下的GUS染色结果也证实基因表达受渗透诱导。对osr2突变体的转基因恢复株系(osr2∶∶OSR2)的表型和气孔开度分析结果表明,恢复突变转基因株系在干旱胁迫下的表型和气孔开度反应与野生型植株一致。 综合上述实验结果认为,OSR2和OSR9通过参与叶片气孔响应干旱和高渗胁迫的反应过程而调控拟南芥植株在干旱和渗透胁迫条件下的体内水分状况。进一步推测OSR2可能与干旱和高渗胁迫下叶片气孔保卫细胞的溶质跨膜运输调节相关。论文工作为拟南芥OSR家族基因产物参与植物渗透胁迫反应提供了实验证据,并提示该家族基因产物在植物细胞中执行与细菌中同源基因产物相似的功能。