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甘薯抗逆胁迫机制研究取得重要进展

2019-05-20 17:04:48来源:植物科学最前沿作者:植物科学最前沿编辑:xwbj3
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  近日,中国农业大学何绍贞/刘庆昌甘薯研究团队发表研究论文。该论文揭示了非串联型CCCH锌指蛋白IbC3H18通过调节活性氧、ABA、光合作用及离子交换途径调控甘薯逆境胁迫的分子机理。

  甘薯(2n=B1B1B2B2B2B2=6x=90)是重要的粮食、饲料和工业原料,其高产、稳产、富含淀粉,可以转化为燃料乙醇而被视为重要的粮食和新型生物质能源作物。甘薯较耐旱、耐瘠薄、耐低度盐碱,加强对甘薯耐盐抗旱性的研究,有助于充分利用我国广阔的干旱瘠薄的丘陵和盐渍地,而又不与粮食争地,对国家的粮食安全和生物质能源发展意义重大。

  目前,植物中关于非串联型CCCH锌指蛋白的研究报道较少。该研究团队从甘薯耐盐材料ND98中克隆得到非串联型CCCH锌指蛋白编码基因IbC3H18,并对其功能进行了探索。亚细胞定位及转录激活实验结果表明,IbC3H18是一个核定位的转录激活因子,能够快速响应盐、旱、H2O2及ABA胁迫诱导。IbC3H18的启动子上含有多个胁迫响应顺式作用元件,且能够强烈响应盐及ABA的诱导表达。

  研究团队通过农杆菌介导法,获得IbC3H18的过表达及RNAi沉默甘薯转基因植株,系统的离体、水培及盆栽鉴定结果表明,过表达该基因能够显着增强转基因甘薯的耐盐、抗旱及抗氧化性,而RNAi沉默植株的抗性显着降低。研究团队对盐胁迫下的过表达及RNAi沉默甘薯株系进行了RNA-seq和ChIP-seq分析。结果表明,IbC3H18能够结合在氧清除相关基因CCS、ABA受体基因PYL8及抗逆相关基因SOS5的启动子上激活这些基因的表达。结合RNA-seq差异基因富集结果及生理生化指标测定结果,过表达IbC3H18通过激活ROS清除系统和ABA信号途径,增加光合活性,维持离子渗透平衡来提高甘薯的抗逆性。

  此外,研究团队通过酵母双杂交、荧光素酶互补(LCI)、双分子荧光互补(BiFC)及免疫共沉淀(Co-IP)技术获得并验证了IbC3H18的互作蛋白IbPR5。过表达IbPR5能够通过激活ROS清除系统提高转基因烟草的抗逆性。该研究阐明了甘薯抗逆转录因子IbC3H18调控甘薯逆境应答的分子机制。

  中国农业大学博士后张欢为该论文的第一作者,中国农大农学院何绍贞教授和刘庆昌教授为论文的共同通讯作者,生物学院李继刚教授参与了该研究的指导工作。该研究得到了国家自然科学基金、北京市创新团队和中国博士后科学基金的经费支持。

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