水稻热激转录因子OsHSFA2b抗病抗逆分子机制研究

The heat shock transcription factors (HSFs) play an important role in regulating of plant growth and development and abiotic stress, such as high temperature, drought, high salt level, strong light. Moreover, a few of HSFs also function in regulating plant disease resistance. However, it is almost unknown about the target protein and molecular mechanism of HSFs regulating these physiological responses. We found that both OsHSFA2b, an A type rice HSFs, and its homologue in Arabidopsis can be induced by high temperature, drought, high salt level and pathogens. The overexpression of OsHSFA2b suppresses plant growth to some extent but enhances plant disease resistance with inducing of resistance related genes. In this study, we plan to analyze the phenotypes of OsHSFA2b overexpression, RNAi and mutant plants upon stresses of high temperature, drought, high salt level and pathogens. On the other hand, the OsHSFA2b target protein in heat shock and disease resistance responses will be screened and identified through CHIP-seq and CHIP-PCR. Furthermore, the interaction between the target protein and OsHSFA2b will be detected, and the functions of target protein in rice resistance against disease and stress also will be analyzed. The implementation of this project will provide important basis for illuminating molecular mechanism of OsHSFA2b against disease and stress.

热激转录因子(HSFs)在调控植物生长发育和高温、干旱、高盐、强光等非生物胁迫反应中具有重要的作用，也有少数HSFs调控植物的抗病性。但HSFs调控这些生理反应的作用靶标和分子机制尚不清楚。OsHSFA2b蛋白是水稻中的A类HSFs，我们研究发现该蛋白及其在拟南芥中的同源蛋白都能分别被高温、干旱、高盐和病原物诱导表达。过量表达OsHSFA2b在一定程度上抑制植株生长但能提高植株对病原物的抗性，抗病相关基因也相应被诱导。本项目一方面分析OsHSFA2b的过量表达、RNAi和突变体遗传材料在高温、干旱、高盐等非生物胁迫和病原微生物胁迫下的表型，另一方面通过CHIP-seq和CHIP-PCR筛选和鉴定OsHSFA2b在热激和抗病反应中的作用靶标，并分析这些靶标与OsHSFA2b的互作情况以及这些靶标在水稻抗病和抗逆中的作用，为阐明OsHSFA2b抗病、抗逆分子机制提供重要基础。

热激转录因子（HSFs）在调控植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫等方面发挥重要作用。然而，人们对HSFs发挥这些功能的分子机制与作用靶标知之甚少。本项目前期发现水稻A类HSFs蛋白HSFA2b及其拟南芥同源蛋白都能被非生物胁迫和生物胁迫诱导表达。因此本项目研究了该蛋白在抗病、抗逆及生长发育上的生物功能、作用靶标及功能机制。本项目发现，HSFA2b在接种稻瘟菌和白叶枯菌后转录水平提高，在高温、低温及干旱胁迫条件下HSFA2b转录水平也提高。表型分析发现，HSFA2b过表达植株提高了对干旱和高盐胁迫的抗性，也提高了对低温胁迫和高温胁迫的抗性；相反地，HSFA2b RNAi植株对高温胁迫、低温胁迫、干旱和高盐胁迫更敏感。同时，HSFA2b过表达植株明显提高了对白叶枯菌的抗性，且在接种白叶枯菌后抗病相关基因转录水平在过表达植株内明显比对照植株提高。有意思的是，HSFA2b过表达植株降低了对稻瘟菌的抗性。并且本项目还发现HSFA2b负调控几丁质和鞭毛蛋白诱导的PTI反应。本项目还通过亚细胞定位发现HSFA2b定位于细胞核中，以及HSFA2b正调控水稻根长的发育。此外，对HSFA2b过表达植株和野生型进行高温处理后做了CHIP-seq和RNA-seq分析，发现差异基因主要集中在氨基酸与核苷酸代谢，植物-病原体互作，植物激素信号传导，次级代谢产物的生物合成等信号途径。通过ChIP-qPCR, 酵母单杂和荧光素酶实验，发现差异基因中CIPK1，CIP18，DI19，APX3可以与HSFA2b互作并被其激活。且本项目发现CIPK1，CIPK18和DI19三个蛋白调控水稻抗病相关基因的转录水平和PTI反应。本项目研究成果为解析HSFs在调控植物抵抗生物胁迫和非生物胁迫功能上的分子机制及表达调控网络提供科学依据，也为培育同时具有抗非生物胁迫和抗病性状的水稻新品种提供理论参考和遗传育种的基因资源。