JERF3提高烟草干旱和低温耐性以及JERF1激活ABA生物合成相关基因表达的调控机制

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干旱、低温和盐碱等非生物胁迫严重影响着植物的生长和发育。这些胁迫可以引起植物体内活性氧的产生和积累从而对植物造成伤害,也可以引起植物中重要激素如ABA的合成从而提高植物对胁迫的适应。 近年来,越来越多的研究发现ERF类转录因子在植物适应非生物胁迫环境中起着重要作用。本实验室利用酵母单杂交技术从番茄中克隆出的EFR类转录因子JERF3和JERF1在提高烟草耐盐性方面的功能已得到初步肯定,但是,它们是否提高植物对其它非生物胁迫的抗性以及这些功能产生的机理还没有进行深入地研究。 本文利用农杆菌介导的GUS瞬间表达实验证明,JERF3可以在植物体内与GCC-box、DRE、CE1和as-1元件结合。这表明JERF3不仅能够提高烟草的耐盐性,而且可能在提高烟草对其它胁迫的适应性方面发挥重要作用。大量生理和生化实验也证实,JERF3提高了转基因烟草在种子萌发、根伸长阶段对渗透胁迫的适应能力,而且JERF3过表达烟草幼苗比野生型烟草幼苗有着更强的干旱和低温胁迫适应能力。利用cDNA-AFTP技术检测了JERF3过表达烟草与野生型烟草相比在基因表达水平的差异,发现与氧化胁迫相关的基因表达水平在转基因烟草中有显著提高,并且用RT-PCR的方法也证明JERF3过表达烟草中编码超氧化物歧化酶(SOD)的基因和一些非生物胁迫相关基因的的表达水平明显高于野生型烟草。对干旱、低温及ABA处理下烟草幼苗中的超氧阴离子的检测结果表明,JERF3可以减少在这些胁迫下植物体内的活性氧的积累。用TAIL-PCR技术克隆出氧化胁迫相关基因的启动子,进一步实验也表明JERF3可与氧化胁迫相关基因的启动子结合。由这些结果可以推测,JERF3可能是通过直接结合氧化胁迫相关基因(如NtSOD和NtCA)的启动子调节了这些基因的表达,进而减少了干早和低温胁迫下植物体内活性氧的积累,从而提高了烟草对干旱和低温的适应能力。 以前的实验结果表明,JERF1可以与GCC-box、DRE和 CE1元件结合,并提高烟草幼苗对高盐和低温的适应能力以及烟草内源的ABA含量,而且证明JERF1可以提高烟草幼苗体内胁迫响应基因的表达。本论文检测了JERF1过表达烟草和野生型烟草幼苗的Na<+>/K<+>,利用RT-PCR的方法证明了烟草ABA生物合成相关基因NtSDR的盐诱导表达特性,并利用TAIL-PCR技术克隆出NtSDR的启动子,而且证明JERF1可能是通过结合于烟草ABA生物合成相关基因NtSDR启动子的DRE元佴:调控了该基因的表达,进而提高烟草内源ABA的含量,从而提高JERF1过表达烟草对盐和低温的适应能力。
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