转录因子ABP9在玉米抗旱反应中的功能及其调控的靶基因鉴定

干旱是限制玉米生长和产量的主要非生物因子。揭示植物抗旱反应的遗传基础及其分子机制，对于培育抗旱玉米具有重要的理论指导和现实意义。而逆境相关转录因子及其调控基因的研究则有助于解析玉米抗旱分子机理，目前对该领域并无清晰完整的认识。ABP9是与玉米抗氧化基因Cat1启动子中的逆境/ABA应答元件ABRE特异结合的转录因子，在转基因拟南芥中的研究表明该基因通过增强植物ABA信号传导和调节体内ROS的动态平衡提高转基因植物综合抗逆性。本项目拟回到玉米内源系统，利用ABP9过表达和降低表达的玉米突变体和全转录组测序及染色质免疫共沉淀技术进一步刻画ABP9在玉米抗旱反应中的功能、玉米内源系统中ABP9调节的干旱应答相关基因的表达和直接调控的下游靶基因（群），从而明确ABP9在玉米抗旱过程中的功能和作用分子机理。为ABP9应用于玉米抗旱分子育种提供理论基础、功能明确的具有自主知识产权的基因源和育种材料。

玉米是全球产量最大的重要农作物，干旱是限制玉米生长和产量的主要非生物因子。揭示植物抗旱反应的遗传基础及其分子机制，对于培育抗旱玉米具有重要的理论指导和现实意义。ABP9是与玉米抗氧化基因Cat1启动子中的逆境/ABA应答元件ABRE特异结合的转录因子，在转基因拟南芥中的前期研究表明，ABP9通过增强植物ABA信号传导和调节体内ROS的动态平衡提高转基因植物综合抗逆性。逆境相关转录因子及其调控基因的研究有助于解析玉米抗旱分子机理，但目前对该领域并无清晰完整的认识。本项目拟回到玉米内源系统， 鉴定ABP9在玉米耐旱反应的功能和作用分子机理。.为此，研究创建了ABP9过表达和降低表达的转基因玉米株系，并验证了转基因事件真实有效；田间耐旱实验证实，ABP9转基因能够有效增加旱胁迫下植株营养生长，降低叶片衰亡率，提高植株结穗率，最终有效增加旱胁迫下的玉米产量。为进一步揭示ABP9在玉米抗旱的分子机理，本研究利用高通量测序技术，对ABP9的玉米全基因组染色质免疫共沉淀产物和相关ABP9转基因玉米植株的转录组进行了测序分析，从中筛选得到ABP9下游调控的靶基因范围。根据不同处理条件下差异基因交集情况，总共确定96个富集于细胞氧化还原途径和逆境相应途径的高可靠性靶基因。同时， 结合CHIP-Seq进一步确定3个高可能性候选靶基因基因。ABP9的候选靶基因中还富集了能量产生、转录、翻译、光合作用和细胞运输等功能类别。以上结果表明ABP9可能主要通过控制胁迫响应基因表达和下调胁迫下细胞氧化程度，并同时结合其他多种细胞生物途径，共同作用达到增强植物抗逆性的效果。该研究结果初步鉴定了田间表现优异的转基因株系，为下一步较大规模的大田耐旱性实验以及培育耐旱玉米新品种提供了宝贵资源。 同时转录组测序和靶基因序列的功能分析鉴定出一批参与ABP9耐旱反应的候选功能基因，这些基因为明确逆境信号传导通路提供依据。