处理小体及应激颗粒相关蛋白OsTZF7调控水稻干旱胁迫应答的分子机理

Tandem CCCH zinc finger (TZF) proteins are the essential components of Processing bodies (PBs) and Stress granules (SGs), which play critical roles in growth development and stress response both in animals and plants by post-transcriptional regulation of target mRNA. Currently, research about plant specific RR-TZF proteins is limited to functional characterization, but the mechanism of nucleo-cytoplasmic trafficking and target mRNA regulation are still unclear. OsTZF7 is a new RR-TZF protein. Preliminary research has shown that OsTZF7 plays a positive role in drought responses, and localized in cytoplasmic foci which resemble PBs and SGs. In this project, we will explore the nucleo-cytoplasmic trafficking mechanism of OsTZF7 protein via subcellular localization analysis; reveal the function of OsTZF7 in PBs and SGs, and the target mRNA post-transcriptional regulation mechanism using the protein interaction, RNA-seq and REMSA technology, etc. This project will help us to better understand the molecular mechanism of PBs and SGs mediated drought response regulated by OsTZF7 and to enrich our knowledge about RR-TZF function in plants. Furthermore, this project will also provide theoretical basis for molecular breeding of rice resistant varieties.

TZF（Tandem CCCH zinc finger）蛋白是处理小体（PBs）和应激颗粒（SGs）的重要组分，主要通过对靶标mRNA的转录后调控，在动植物的生长发育及胁迫应答反应中发挥重要功能。植物特有的RR-TZF蛋白研究主要停留在功能鉴定上，然而其核质穿梭机制及对靶标mRNA的调控机制目前仍不明确。OsTZF7是一个新的RR-TZF蛋白，前期研究表明OsTZF7在干旱胁迫应答反应中起正向调控作用，并且定位于PBs、SGs类似的细胞质聚集区。本项目拟通过亚细胞定位研究探索OsTZF7蛋白的核质转运机制；结合蛋白互作，转录组测序及REMSA等技术解析OsTZF7在PBs、SGs中的功能及其对靶标mRNA的转录后调控机制。本项目的开展将帮助我们进一步了解OsTZF7通过PBs、SGs调控干旱胁迫应答的分子机制，丰富对植物RR-TZF蛋白功能的认识，并为水稻抗逆分子育种提供理论基础。

TZF（Tandem CCCH zinc finger）蛋白是处理小体（PBs）和应激颗粒（SGs）的重要组分，主要通过对靶标mRNA的转录后调控，在动植物的生长发育及胁迫应答反应中发挥重要功能。植物特有的RR-TZF蛋白功能的研究仍十分有限，其核-质转运机制及对靶标mRNA的调控机制目前仍不明确。本研究对一个新的RR-TZF蛋白OsTZF7进行了研究，首先对获得的OsTZF7转基因植株的抗旱性进行了分析，不论是苗期的PEG模拟干旱实验，或是苗期干旱实验均表明OsTZF7在水稻干旱胁迫应答反应中起正调控作用，过表达OsTZF7提高了水稻的耐旱性，而干扰植株的耐旱性降低。同时，过表达植株离体叶片的失水速率显著低于野生型。转基因植株的ABA敏感性分析表明过表达OsTZF7引起了植株对ABA的敏感性。对干旱及盐胁迫前后的转基因材料进行RNA-seq分析，并通过qPCR对部分基因表达水平进行了验证，结果显示在受到胁迫处理后转基因植株引起了更多基因的表达变化，其中包含了大量的抗逆相关基因，如LEA家族基因、Rab家族基因，以及抗逆相关转录因子ZFP182等。同时GO、KEGG富集分析表明许多差异表达基因参与了逆境胁迫响应及抗逆激素信号通路。以上结果说明OsTZF7可能通过ABA信号通路调控抗逆相关基因的表达，从而提高了水稻的耐旱性。此外，对RNA-seq所获得的差异表达基因3’UTR进行了MEME分析，发现大量差异表达基因3’UTR都具有polyU富集区，说明OsTZF7可能参与了对这些基因的转录后调控。其次，对OsTZF7的亚细胞定位进行了分析，结果表明OsTZF7主要定位于处理小体（PBs）及应激颗粒（SGs）形成的细胞质聚集区中，同时OsTZF7有时也可以在成熟期水稻根细胞的细胞核中定位。此外通过对出核信号肽（NES）的截断分析，发现OsTZF7主要通过C端的NES信号进行出核转运。最后，利用截去NES信号的OsTZF7∆C蛋白进行酵母文库筛选，最终筛出三个含PWWP结构域的互作蛋白，通过BiFC、Pull down实验进行了验证，发现三个PWWP家族蛋白与OsTZF7∆C及OsTZF7全长蛋白均存在互作。通过本项目的开展，丰富了我们对植物RR-TZF蛋白功能的认识，并为将来该基因的水稻抗逆分子育种提供了理论基础。