NAC家族转录因子BRT3调控植物抗旱的分子机理研究

Water deficit is first limitation and the most reason for reduction of crop yield. Therefore, understanding molecular mechanism of plant response to drought stress and generating drought tolerant Crop varieties are crucial for national food security. We showed here that loss of function mutant brt3 was hypersensitive for drought induced water loss, while overexpression line BRT3-ox-20# performed insensitive for water loss compared to wild-type plant. brt3 possessed larger stomatal aperture and more stoma in cotyledon epidermis, which proved that it controlled stoma aperture and development to realize its drought hypersensitivity. This study aims to search BRT3 interaction proteins and target genes in transcriptional regulation. As a result, this study will elucidate drought tolerant molecular mechanism of BRT3 regulating stoma aperture and development through proteomic, molecular biological and genetic technique. And this study could provide theoretical support and gene resource for creating new drought tolerant crop varieties in future.

干旱胁迫是农作物减产的首要原因，因此解析作物抗旱机制，培育抗旱作物品种是保证作物高产和国家粮食安全的重要任务。申请人前期的研究结果显示NAC家族转录因子BRT3功能缺失突变体brt3对干旱超敏感，而过表达BRT3增强了植物的抗旱性。细胞学研究表明brt3的叶片较野生型具有更多的气孔和较大的气孔开度，说明BRT3可能通过调控气孔的发育和运动来调控植物的抗旱性。在本项目中我们将利用蛋白组学、基因组学、生物化学和分子生物学等手段鉴定BRT3的相互作用蛋白和BRT3调控的下游靶基因，并对其中关键的互做蛋白和靶基因进行功能研究，从而阐明BRT3调控叶表皮气孔发育和气孔运动，增强植物抗旱性的分子机制，为我们下一步培育作物抗旱新品种提供新的基因资源和技术保障。

植物表皮上的气孔是水分散失和二氧化碳摄入的主要通道。调控气孔的发育和运动是植物应对干旱逆境的主要手段，同时这也是植物调控二氧化碳固定的主要方式。因此揭示植物在不同环境条件下调控气孔发育和运动的原理，理解植物平衡逆境与二氧化碳摄入的关系是设计高产抗逆作物的重要理论基础。本研究前期发现一个NAC家族转录因子BRT3具有调控气孔发育与运动的能力，能够被植物逆境信号过氧化氢诱导表达，并在过氧化氢处理下促进其与能量逆境感受器SnRK1的催化亚基KIN10相互作用。通过深入研究发现KIN10可以通过直接磷酸化气孔发育核心转录因子SPCH的4个潜在磷酸化位点，从而使得SPCH蛋白稳定并促进气孔发育。此外本研究还证明糖可以通过调控KIN10的磷酸化及TOR激酶的活性来控制表皮原细胞分裂与分化的平衡，使得植物在适宜糖浓度下产生最大数量的气孔以配合二氧化碳的固定。这些研究的开展初步探明了能量逆境，糖浓度和过氧化氢调控植物表皮干细胞活性的原理，为我们设计抗旱及高能量利用效率的作物品种提供了理论基础和技术保障。