乙烯调控水稻干旱胁迫反应的分子机制研究

Current research on plant hormones involved in its response to drought stress focused on ABA, and most research is the use of the model plant Arabidopsis. Rice is an important model plant of monocotyledon and crop plant, but ethylene signaling transduction and the molecular mechanism of ethylene in rice environmental adaptability especially drought stress is still less known. During the studies of a series of ethylene-response mutants, we have found that the two mutants of Osein2/mhz7 and Oseil1/mhz6 shown drought tolerance. We will further analyze the differential genes among WT, Osein2/mhz7 and Oseil1/mhz6 via RNA-seq, use forward genetics and reverse genetics, and dissect the genes of mechanism of ethylene in rice drought resistance via molecular biology, cell biology and other technologies. This work should reveal the mechanism of ethylene negatively regulating drought stress in rice which is different from that in Arabidopsis, and should provide valuable gene resources of rice drought stress adaptation.

目前关于植物激素参与其干旱胁迫反应的研究主要集中在ABA上，且多数是利用模式植物拟南芥进行的研究。水稻作为重要的单子叶模式植物，是重要的粮食作物，但乙烯信号转导在水稻干旱胁迫反应中的分子机制还不清楚。近年来我们分离鉴定了一系列的水稻乙烯反应突变体 (mhzs)，研究发现水稻乙烯信号途径既保守又有新机制。申请人发现水稻乙烯信号途径中的两个重要信号组分OsEIN2与OsEIL1的突变体具有抗旱的表型，RNA-seq技术初步分析显示：OsEIN2/MHZ7是乙烯调控水稻干旱胁迫反应的关键组分。我们将综合正向与反向遗传学，利用分子生物学、生物化学及细胞生物学等技术解析乙烯调控水稻干旱胁迫的分子机制及乙烯与ABA在水稻抗旱途径中的关系。该项研究有望解析乙烯调控水稻干旱胁迫反应的分子机制，将为改善水稻等作物对干旱胁迫的环境适应性提供重要的基因资源和理论及实践依据。

植物气体激素乙烯调控多种生长发育过程，但是乙烯对干旱胁迫响应的调控机制研究相对较少。本项目利用水稻乙烯信号转导途径的突变体，研究水稻对干旱胁迫响应的分子机制。研究发现乙烯信号途径的关键正调控因子OsEIN2/MHZ7与OsEIL1/MHZ6的突变体提高了水稻抗旱性而相应的过表达株系则旱敏感，表明与模式植物拟南芥中相反，水稻中，乙烯负调控水稻的耐旱性。甘露醇模拟的干旱处理抑制日本晴中乙烯合成，且在突变体Osein2/mhz7-1和Oseil1/mhz6-1中对乙烯合成关键酶基因OsACO5与OsACO6的转录水平抑制程度更强。遗传分析发现乙烯对水稻干旱胁迫响应的调控需要ABA途径。但是，干旱对突变体Osein2/mhz7-1和Oseil1/mhz6-1中ABA合成的诱导程度明显弱于对照日本晴，且干旱对ABA合成途径中关键酶的诱导并不完全依赖于乙烯信号途径的关键组分OsEIL1/MHZ6及OsEIN2/MHZ7。上述结果表明：与拟南芥中不同，在水稻中，乙烯与ABA协同调控水稻的耐旱性，且乙烯位于上游。筛选并鉴定了MHZ7OX44过表达株系的4个抑制子基因，上述研究为解析乙烯调控水稻干旱胁迫反应的分子机制奠定了基础，也为改善水稻等作物的环境适应性提供了重要的基因资源。