白桦ERF基因的抗盐功能及调控机理研究

The APETALA2 (AP2)/ethylene response factor (ERF) TFs family is unique to plants, and is involved in regulating the biotic and abiotic stress responses. However, few study have been report on woody plant about AP2/ERF transcription factors, the roles in regulating plant defense responses has not been uncovered. Therefore, in the current study, to understand the roles of B. platyphylla ERFs in plant tolerance to abiotic stresses, one ERF gene response to salt stress have been obtained from transcriptome of B. platyphylla, we then constructed overexpression and RNAi-silence vector of ERF gene and transformed them to wild type B. platyphylla respectively, study it’s functions on salt resistance and regulating to defence genes of downstream; study expression difference of downstream target genes among overexpression, RNAi-silence lines and WT plant by chip technology and analysis cis-acting elements of promoters in these target genes, then analysis the regulatory network they participant; screen cis-acting elements interacted with ERF gene by CHIP technology, then verify the interaction of ERF gene with yeast one-hybrid test. Reveal the functions on salt resistance, regulation pathway and regulation mechanism of ERF transcription factor.

AP2/ERF是植物特有的一类转录因子，在植物抵抗生物和非生物胁迫等逆境过程中起重要作用。关于AP2/ERF转录因子的功能在木本植物中的研究很少，而且ERF基因的调控网络尚不明确。因此，本研究以白桦为实验材料，从白桦转录组中获得1条对高盐胁迫响应明显的ERF基因，构建过表达和抑制表达载体并分别转入野生白桦，研究其抗逆能力及对下游防卫反应基因的表达调控；用DNA芯片技术比较过表达、抑制表达和野生型白桦的基因表达差异，确定ERF基因所调控的下游靶基因及其参与的抗逆调控网络；通过染色质免疫共沉（CHIP）技术研究ERF转录因子所识别的DNA元件，分析ERF转录因子所调控的下游靶基因及下游靶基因启动子中的顺式作用元件，用酵母单杂交技术研究ERF基因与元件的互作强度。通过以上研究揭示ERF基因的抗盐功能、调控途径及调控机理。

AP2 /ERF ( APETALA2 /ethylene responsive element binding factor) 家族转录因子是植物特有的一类转录因子，在调节植物生物和非生物逆境反应中发挥重要作用。在前期的工作中我们从白桦的转录组数据库中获得1条可以被高盐明显诱导的白桦ERF基因（BpERF4），并将该基因转入酵母细胞，研究发现转BpERF4基因的酵母细胞在NaCl胁迫条件下的生存状况好于非转基因酵母，说明BpERF4基因可能参与白桦对盐胁迫的调控，具有进一步研究的价值。因此，本研究将白桦BpERF4基因转入拟南芥，对野生型和转基因拟南芥株系进行研究，分析了野生型和转基因拟南芥株系在盐胁迫下的种子萌发率及生长情况；分析了野生型和转基因拟南芥株系的生理生化变化，以及下游胁迫响应相关基因的表达情况，研究了BpERF4基因识别的顺式作用元件，分析对下游基因的调控。综合以上分析，明确白桦BpERF4基因的抗盐能力并且揭示ERF基因应答盐胁迫的调控机理。. 通过研究发现转BpERF4基因拟南芥在盐胁迫条件下的种子萌发率和萌发速度上都明显高于野生型，转基因拟南芥的SOD、POD酶活性和脯氨酸含量都明显高于野生型，而丙二醛和过氧化氢含量则明显低于野生型，研究发现BpERF4基因可以调控下游胁迫响应相关基因，如SOD、POD、P5CS等基因的表达明显高于野生型；BpERF4基因可以识别并结合GCC-box来调控下游基因的表达。以上研究结果证明BpERF4基因可以通过识别GCC-box调控下游胁迫响应相关基因，如SOD、POD、P5CS等基因的表达，进而提高SOD、POD酶活性和脯氨酸含量降低丙二醛和过氧化氢含量提高植物的耐盐功能。BpERF4基因具有提高植物耐盐性的功能，有进一步研究和应用的价值。