转录因子OsNAC103在水稻盐碱胁迫中的功能研究

Soil saline-alkalization is a common abiotic stress that threatens rice growth, causing considerable loss of rice yield. Currently, the molecular component and signaling pathway for tolerance to saline-alkaline stress need to be clarified. NAC transcription factors constitute one of the largest gene families in plants. However, so far, whether OsNACs exert roles in the regulation of the signaling of saline-alkaline stress remains largely unknown. Here, we characterized a novel transcription factor OsNAC103, which was up-regulated by saline-alklaine stress in rice. Overexpression of OsNAC103 increased saline-alkaline tolerance, while Osnac103 exhibited the opposite phenotype. In this project, many approaches inclusive of RNA-Seq、ChIP-Seq, IP/MS, Pull-down, BiFC and Co-IP assays will be employed to identify the direct targets and interacting partners of OsNAC103 in regulation of saline-alkaline signaling in rice. The aim of this project is to elucidate the mechanisms underlying adaptation of rice plants to saline-alkaline stress by evaluating the molecular roles of OsNAC103 in response to saline-alkaline stress. The results will advance our knowledge on the function of OsNAC103 responding to saline-alkaline stress in particular.

土壤盐碱化严重危害水稻的生长发育，导致水稻减产。目前关于水稻响应和适应盐碱胁迫的分子调控机制仍不是十分清楚。NAC转录因子家族是植物中广泛存在、目前发现的最大的转录因子家族之一，但是该家族参与植物盐碱胁迫响应的研究不是很多。本研究利用转录组测序从耐盐碱水稻 (东稻4号) 中筛选了一个受盐碱胁迫诱导的转录因子OsNAC103，其超表达水稻植株对盐碱胁迫不敏感，突变体植株对盐碱胁迫敏感。本项目将在此基础上，通过RNA-Seq、ChIP-Seq、IP/MS、Pull-down、BiFC和Co-IP等分子蛋白技术手段去研究OsNAC103的下游靶基因及互作蛋白，进一步刻画该基因的功能，探究其参与水稻耐盐碱胁迫的分子机制。本项目将填补OsNAC103在水稻耐盐碱胁迫研究方面的空白，对进一步解析水稻耐盐碱胁迫的分子机制具有重要意义。

土壤盐碱化严重危害水稻的生长发育，导致水稻减产。目前关于水稻响应和适应盐碱胁迫的分子调控机制仍不是十分清楚。NAC转录因子家族是植物中广泛存在、目前发现的最大的转录因子家族之一，但是该家族参与植物盐碱胁迫响应的研究不是很多。本项目前期利用转录组测序从耐盐碱水稻 (东北稻区广泛种植的粳稻品种—东稻4号) 中筛选了10个NAC转录因子。利用CRISPR-Cas9技术构建了这10个基因的突变体，其中突变体Osnac103对盐碱胁迫的耐受能力显著降低。研究发现OsNAC103定位在细胞核中，它的表达受盐碱胁迫和ABA处理的诱导。在正常的生长条件下，野生型和转基因水稻在表型上没有明显差异。在盐碱胁迫处理条件下，超表达OsNAC103转基因水稻的生长状况要比野生型和突变体植株好，其株高、生物量、Na+/K+比值、脯氨酸和可溶性糖含量均比野生型高；而Osnac103突变体的生长状况则比野生型差，其株高、生物量、Na+/K+比值、脯氨酸和可溶性糖含量均比野生型低。进一步研究发现，与野生型和Osnac103突变体水稻相比，超表达OsNAC103转基因水稻具有更为发达的根系结构。为了进一步探究其功能，我们通过酵母双杂交筛选到了OsNAC103的互作蛋白OsSLR，并通过酵母回复实验、双分子荧光互补验证了它们的互作。通过酵母单杂交实验发现OsNAC103可以作用在的OsMYB26、OsMYB48等基因启动子区域。这些研究结果对解析水稻适应盐碱胁迫环境的生理和分子机制具有重要意义。此外，我们还比较了东稻4号和吉粳88水稻种子在盐碱胁迫条件下的萌发机制。研究发现盐碱胁迫下，东稻4号可以通过合成赤霉素和提高α-淀粉酶活性来促进种子萌发。这将有助于解析盐碱胁迫下水稻种子萌发的机制；为盐碱地水稻种子育种萌发提供技术支撑。我们还明确了东稻4号种子耐低温萌发的生理和分子机制。研究发现低温胁迫下，东稻4号可以通过合成赤霉素、提高α-淀粉酶活性和减少脱落酸含量来促进种子萌发。这将有助于解析低温环境胁迫下水稻种子萌发的机制；为低温环境下水稻分子育种萌发提供技术支撑。上述研究结果均已在国际主流植物学杂志Environmental and Experimental Botany上发表。