水稻砷胁迫相关MYB转录因子OsARM1的功能研究

Arsenic (As) contamination of rice (Oryza sativa L.) is a worldwide concern and elucidating the molecular mechanism of As accumulation in rice may provide promising solutions to the problem. Our previous investigation using Illumina high-throughput sequencing has been carried out to acquire global transcriptome alterations in rice under As(III) treatments and many As(III)-responsive genes have been obtained. Particularly, the genes involved in heavy metal transportation, jasmonate biosynthesis and signaling, and transcription factors were closely related to the response of rice under As(III) stress. Among them, the expression of a novel MYB transcription factor OsARM1 (Arsenate-responsive MYB transcription factor 1; Os05g37060) was found to be significantly elevated in all As(III) treatments, suggesting that it may be involved in transcription regulation of As(III)-responsive genes. In this proposed study, the potential role of OsARM1 gene in rice response to As(III) stress and its involvement in regulation of the downstream functional gene expression will be investigated. Results from this study may provide evidence for further understanding the molecular mechanism of As(III) response in rice.

水稻砷污染是一个世界范围内普遍关注的食物安全问题,通过研究水稻对砷的响应机制，培育高耐受性、低富集的水稻新种质将有望解决这一难题。我们最近的研究首次利用Illumina高通量测序技术，在水稻中获得了一批对三价砷具特异性应答反应的基因，分别编码重金属运输蛋白、茉莉素合成和信号通路相关蛋白以及转录因子等。其中一个新型的MYB类转录因子OsARM1（Os05g37060）的表达在砷处理后不同部位、不同浓度及时间梯度上均表现出显著性上调，暗示其可能参与水稻对砷胁迫应答时的转录调控。本研究将在这些结果的基础上，利用分子生物学、功能基因组学和植物生理学等技术，进一步探索OsARM1参与水稻响应砷逆境反应的潜在功能及其调控下游相关功能基因表达的分子机理。预期研究成果将对深入认识水稻对砷胁迫的响应机制具有重要的科学意义。

水稻砷污染是全球备受瞩目的食物安全问题,砷污染的粮食所形成的食物链对人类健康构成了极大威胁。我们前期在水稻砷胁迫下的转录组学研究发现了一个在植物根和地上部分中都显著诱导表达的编码MYB (myeloblastosis)类转录因子基因（OsARM1，Loc_Os05g37060），暗示该基因可能在植物应答重金属胁迫中起着重要的转录调控作用。MYB转录因子是一类含有保守MYB基序的蛋白家族，广泛分布于真核生物中，是植物中重要的转录因子家族之一。已有报道其参与调控植物的初生和次生代谢、细胞周期、形态建成、生长发育等多种生命活动，还在冷冻、干旱、盐胁迫、高温、紫外辐射等植物抗逆反应中起作用。而至今仍未有相关报道涉及MYB类转录因子参与植物耐受重金属胁迫的应答反应。.本研究通过实时荧光定量PCR和GUS组织化学染色, 获得了OsARM1基因受三价砷诱导的精细表达谱，发现该基因主要在水稻根茎叶的维管组织中特异性表达；亚细胞定位分析显示OsARM1-GFP融合蛋白定位于细胞核和细胞质中；砷胁迫耐受性分析发现，OsARM1基因过表达之后降低植物对砷胁迫的耐受性；相反地，OsARM1基因敲除之后能显著提高水稻对砷胁迫的耐受性。通过对砷处理前后的野生型和过表达植株OsARM1-OEs不同组织部位中总砷含量的检测分析发现，在OsARM1-OEs水稻节点Ⅱ中砷的分布比例要显著高于野生型。综上所述，MYB转录因子OsARM1可能参与调控水稻中砷的转运，并在其中扮演负调控的角色。该研究成果丰富了植物MYB转录因子在抗逆反应中的调控作用，在一定程度上加深了对水稻响应砷胁迫转录调控机制的认知，为培育高耐受性、低富集的水稻新种质增加了新的基因资源。