水稻锌指蛋白ZFP36在ABA诱导的抗氧化防护中的作用分析

In this proposal, using the over-expressing and RNAi mutants of the rice C2H2-type zinc finger protein (ZFP) gene ZFP36 and its wild-type, the growth and survival of the rice mutants and the wild-type under water stress and oxidative stress will be investigated and the oxidative damage, estimated by lipid peroxidation, protein oxidation and plasma membrane leakage, will be analyzed under stress conditions. The expression of the major antioxidant enzyme genes SodCc2 (encoding a cytosolic Cu/Zn-SOD), CatB (encoding CAT isozyme B) and APX1 (encoding a cytosolic APX) and the activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) in the mutant and wild-type plants exposed to abscisic acid (ABA) treatment will also be determined. Whether ZFP36 can directly bind to the promoter sequences of these antioxidant genes or by the ZFP36-interacting proteins or both to regulate the expression of these antioxidant genes induced by ABA will then be investigated. Finally, whether ZFP36 can amplify H2O2 signal by regulating the expression of the NADPH oxidase genes Osrbohs in ABA signaling, and if so, what the relationship between ZFP36, Ca2+/CaM-dependent protein kinase (OsCCaMK) and mitogen activated protein kinases (OsMAPKs) in the ABA signaling is will be studied. The objective of this study is to identify the molecular mechanism that ZFP36 mediated the ABA-induced antioxidant defense and elucidate the function of ZFP36 in rice stress tolerance. The proposal is not only helpful to our understanding for the function of C2H2-type ZFPs under stress conditions and the mechanism of ABA signal transduction leading to antioxidant defense, but also has an important significance for improvement of crop stress resistance by using molecular biology manipulation.

本项目拟以ZFP36过表达与RNAi突变体及其野生型水稻为材料，首先调查突变体及其野生型水稻在水分胁迫、氧化胁迫下的生长生存情况以及氧化损伤情况，然后分析ABA作用下突变体及其野生型水稻叶片中几个主要的抗氧化酶基因的表达情况，进而调查ZFP36是通过直接结合到这些抗氧化酶基因的启动子序列还是通过ZFP36下游的互作蛋白或者是两者兼而有之的方式来调节抗氧化酶基因的表达，最后调查ABA作用下ZFP36能否通过调节Osrbohs基因表达而放大H2O2信号以及信号放大过程中ZFP36与OsCCaMK、OsMAPKs之间的关系，从而确定ZFP36在ABA诱导的抗氧化防护中的作用及与水稻耐旱、耐氧化胁迫的关系。这一研究的开展不仅有助于人们对植物细胞ZFPs参与植物抗逆反应作用机制的认识，进而拓展人们对ABA信号转导机理的理解，而且对于利用分子生物学手段提高作物的耐逆性具有重要的指导意义。

本项目调查了水稻C2H2型锌指蛋白ZFP36在脱落酸（ABA）诱导的抗氧化防护中的作用及与水稻耐旱、耐氧化胁迫的关系，主要研究结果如下：.（1）证实了ZFP36不仅在ABA诱导的抗氧化防护以及水分胁迫、氧化胁迫的耐性中起着重要的作用，而且也是ABA信号转导中NADPH氧化酶、H2O2与促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）之间交叉谈话的重要调节子；进一步调查发现，OsDNAJ 、OsDIP1与OsLEA5是ZFP36的互作蛋白，正调控ABA诱导的抗氧化防护酶以及NADPH氧化酶活性，增强作物对水分胁迫与氧化胁迫的耐性，且这些互作蛋白的基因表达受MAPK与Ca2+/CaM依赖型蛋白激酶（CCaMK）途径调节。.（2）揭示了ABA信号转导中水稻OsCCaMK（OsDMI3）的下游靶分子之一为水稻MAPK OsMPK1。研究发现，在ABA信号转导过程中，OsDMI3作用于OsMPK1上游去调节水稻的抗氧化防护系统与H2O2产生。.（3）明确了另一类Ca2+信号感受体--钙依赖型蛋白激酶（CDPK）也参与ABA诱导的抗氧化防护。研究结果显示，玉米ZmCPK11是ABA诱导抗氧化酶基因表达与酶活性上调以及H2O2产生所必需的。进一步调查发现，在这一信号转导过程中，ZmCPK11能够活化ZmMPK5，从而上调抗氧化酶活性。.（4）澄清了玉米短链脱氢酶/还原酶家族中的一个成员ZmABA2是一个新颖的ZmMPK5互作蛋白，参与ABA的生物合成与功能。.（5）明确了水稻组氨酸激酶OsHK3在调节ABA诱导的抗氧化防护与H2O2产生方面起着重要的作用。.（6）阐明了油菜素内酯（BR）信号转导中玉米中微管结合蛋白ZmMAP65-1a能够放大H2O2信号，进而增强BR、ABA诱导的抗氧化防护作用。.（7）澄清了玉米中Ca2+与ZmCCaMK参与BR诱导的抗氧化防护反应。. 本项目已在国际知名学术刊物如Plant Cell Environ、Plant Biotechnol J 以及J Exp Bot等刊物上发表论文9篇，另有2篇论文待发表。这些研究结果不仅加深了我们对ABA信号转导机理的认识，而且对于进一步利用分子手段提高农作物的抗逆性具有重要的指导意义。