二穗短柄草BdWAR1在生长素与脱落酸信号途径中的功能研究

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生长素和脱落酸是两种非常重要的植物激素,它们之间既相互独立又协调地调控植物种子萌发、营养生长、种子成熟和休眠等生长发育与环境胁迫的各个过程。当植物体内生长素增多时,AUX/IAAs被生长素受体SCFTIR1/AFBs泛素化,随后被26S蛋白酶体降解,从而释放ARFs,并进一步调控下游生长素相关基因的表达。脱落酸的主要功能是抑制生长和调节植物对胁迫的响应。当植物体内ABA水平升高后,PP2Cs的磷酸酶活性被降低,SnRK2s磷酸激酶活性升高,从而激活下游转录因子ABI3,ABI5等ABA相关蛋白的表达。近年来,生长素和脱落酸两个信号途径的交互作用逐渐成为发育生物学的研究热点。而在ABA和生长素信号转导过程中,特别是信号被受体接受后和下游转录因子被激活之前有没有交互作用,目前为止研究甚少。本研究的目的旨在禾本科中寻找新的互作方式来进一步研究ABA与生长素协同调控植物发育的复杂性。我们通过对二穗短柄草突变体库的筛选得到一株对生长素弱敏感的突变体由此展开实验研究,得到结果如下:(1)通过对30株二穗短柄草T-DNA插入突变体的筛选,我们得到一株对生长素弱响应的突变体,并将它命名为bdwar1(Brachypodium distachyon weak auxin response1),经鉴定bdwar1的T-DNA插入在启动子上,位于ATG上游262bp处,造成基因表达量下调4倍。(2)bdwar1由于该突变造成表型缺陷为根尖分生区短,根尖处根毛变密,植株矮小,种子窄且短,同时我们构建了pBdWAR1::BdWAR1连接到pPZP211载体上,转化到bdwar1突变体植株,发现转化苗的植株能够在种子大小上回补突变体的表型,此外,Ubi::BdWAR1-GFP能够增强野生型的根长,由此证明确实是BdWAR1基因表达量下调造成的突变体表型。(3)qRT-PCR显示经过激素和胁迫处理BdWAR1基因表达量均有变化,证明BdWAR1在激素和胁迫都有响应。(4)通过序列分析发现基因中存在明显的核定位信号。因此我们构建了35S::BdWAR1-GFP以及将核定位信号去掉的35S::BdWAR1(?NLS)-GFP两种重组质粒,采用烟草瞬时转化的方法,我们发现全长BdWAR1只在细胞核中有表达,而去掉核定位信号以后,不仅在细胞核中表达,而且在细胞质中也有表达。(5)取二穗短柄草野生型不同时期不同组织部位的实验材料,通过荧光定量观察其不同组织表达量变化,我们发现BdWAR1在幼苗的根和叶以及幼茎、幼穗等细胞分裂旺盛的组织中表达量高。(6)在拟南芥超表达BdWAR1株系中,通过萌发实验和返绿实验都显示BdWAR1正向调节拟南芥ABA反应。(7)短柄草突变体以及超表达植株的衰老实验以及干旱胁迫和萌发实验都显示BdWAR1对ABA的反应存在负调控作用。(8)通过酵母双杂和荧光素酶实验表明BdWAR1与BdTPL和BdABI3存在互作现象。通过以上我们的研究初步表明,BdWAR1作为一种新的转录因子,响应植物激素与逆境信号,通过与BdTPL和BdABI3互作,从而达到抑制ABA信号转导和促进生长素信号转导的作用,参与ABA和生长素对植物生长发育的协同调控。
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