水稻耐旱性调控网络节点基因OsMYB105的克隆及其功能研究

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水稻是我国的主要粮食作物,超过一半的人将水稻作为口粮。水稻在生产过程中需要耗费大量的淡水资源,而我国又是一个水资源短缺的国家。挖掘水稻耐旱基因,解析其调控机制,培育节水抗旱稻是发展节水农业和保障粮食生产安全的重要途径。本研究针对前期通过转录组分析获得的水稻耐旱差异表达基因共表达网络节点中的1个基因OsMYB105(LOCOs05g40960),进行了基因克隆、转基因水稻培育和功能研究,主要结果如下:1.在珍汕97B(ZS97B)中克隆了1个耐旱候选基因OsMYB105,该基因编码一个MYB转录因子(TF)。OsMYB105蛋白与1R型MYB转录因子亲缘关系稍近,与其它类型的MYB TF存在较远的亲缘关系。在籼型水稻品种ZS97B与粳稻水稻品种日本晴(NIP)中该基因的序列(OsMYB105ZS97和OsMYB105NIP)存在差异。2.组织表达模式分析表明,OsMYB105主要在幼嫩的叶中表达。OsMYB105的启动子区域存在ABRE、MBS等与非生物逆境胁迫相关的响应元件,定量PCR结果表明,OsMYB105受多种非生物逆境胁迫(干旱胁迫、冷胁迫、热胁迫和PEG胁迫)和ABA处理的诱导而上调表达。3.构建了OsMYB105的CRISPR/Cas9基因敲除载体和超表达载体,并获得了OsMYB105基因的超表达和敲除的转基因水稻株系。超表达OsMYB105可以显著提高水稻种子在PEG和Na Cl胁迫处理条件下的发芽率,降低对ABA的敏感性;敲除OsMYB105显著降低水稻种子在Na Cl和ABA处理条件下的发芽率。超表达OsMYB105增强了转基因水稻对甘露醇渗透胁迫的耐受性。4.对OsMYB105转基因植株进行耐旱性鉴定,发现经过干旱处理和复水之后,超表达株系的存活率显著高于野生型对照株系。生理物质检测发现干旱条件下超表达株系的脯氨酸含量显著高于野生型水稻,其叶片失水速率低于野生型水稻;与之相反,干旱胁迫下osmyb105突变体的存活率显著低于野生型,同时其脯氨酸含量显著低于野生型水稻,叶片失水速率升高。表明OsMYB105能够正调控水稻耐旱性。5.亚细胞定位分析显示OsMYB105定位于细胞核,OsMYB105在酵母中具有转录自激活活性,且能形成同源二聚体。转录组测序结果显示,与野生型水稻相比,超表达OsMYB105转基因水稻中的胚胎发生晚期丰富蛋白(LEA)编码基因等多个与非生物逆境胁迫相关的基因上调表达。其中的部分差异表达基因的启动子中含有MYB结合位点,表明OsMYB105可能通过调控这些基因的表达参与水稻对干旱胁迫的响应。
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