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盐胁迫是影响植物生长发育的重要因素,它通过渗透压和离子毒害两方面对植物产生胁迫危害。近年来,以拟南芥为材料所开展的植物耐盐机理研究已获得一些重要的成果,如SOS(Salt Overly Sensitive)信号途径、MAPK(mitogen-activatedprotein kinase)级联反应途径和植物激素(ABA、JA)诱导的信号途径等都是近年来研究较为广泛的植物耐盐机理。目前,已鉴定出部分重要的盐胁迫响应基因,如SOS核心基因SOS1、SOS2、SOS3等,但是各信号途径内部的转录调控机理仍不清楚,因此需进一步构建拟南芥盐胁迫环境下的转录调控网络。
本研究通过反向工程方法,整合公共数据库中盐胁迫相关的基因组表达谱数据,首次构建了拟南芥在盐胁迫状态下的转录调控网络。其中,SOS途径相关转录调控网络包含70个盐胁迫相关基因,基因间存在高度的互作关系,在这当中27个转录因子为主要调控节点,多数转录因子都是首次预测参与SOS信号途径。进而根据SOS核心基因的表达特性,所得调控网络的不同时间阶段的动态表达模式得到鉴别。
在全局性的盐胁迫转录调控网络中,通过结合其他胁迫响应条件下芯片表达数据进行聚类,分析了分属于13个不同聚类的基因。最为关键的是,本研究构建出较为完整的盐胁迫环境下三条重要信号途径,即MAPK级联途径、SOS信号途径和植物激素信号途径,并找到31个最为可能的核心转录因子(hub基因)及其下游靶基因,这些hub基因在各信号途径中起到了关键调控节点作用,并以此展现出不同信号途径间的交互作用。此外,还根据hub基因间的复杂调控关系,整理出hub基因不同时间段的动态表达模式。
本研究所构建的盐胁迫转录调控网络,为进一步实验验证相应的调控网络关系和关键基因提供了有效的参考,对完整揭示拟南芥适应盐胁迫过程中的基因表达调控机理具有重要意义,并为今后深入剖析其耐盐机理提供了方向。