水稻泛素相关蛋白基因OsUBA的功能研究

在国家基金（30370881）的资助下，本课题组从小麦中克隆到一个与盐/干旱密切相关的泛素相关蛋白基因TaUBA。OsUBA是植物中与TaUBA在氨基酸水平上同源性最高（81%）的基因，也是水稻中唯一与TaUBA编码蛋白有相同结构域组成的基因；两个基因的启动子所含各类反应元件基本一致，除包含启动子基本元件外，还包含ABA、SA、MeJA、缺氧胁迫等反应元件，推测OsUBA与TaUBA有相似的功能。在NCBI网站上搜索到45个与OsUBA有相似结构域组成的蛋白质，这些蛋白质均来自动物/酵母而无一来自植物，说明OsUBA是植物中与胁迫相关的新型基因。本项目拟分离OsUBA的启动子以研究其表达模式；通过在水稻中过量/降低表达OsUBA以研究OsUBA的功能，通过对过量/降低表达OsUBA的水稻植株进行基因芯片分析探讨OsUBA可能的调控网络和作用机制，为利用基因工程改善作物的抗逆性提供理论依据。

摘要 为了研究泛素相关蛋白（UBA）在植物中的功能，本研究从水稻中克隆了OsUBA及其启动子序列，进行了如下研究：（1）、构建了OsUBA promoter:Gus并转化水稻日本晴。Gus染色和qRT-PCR研究表明，OsUBA的表达受盐、SA、ABA和MeJA诱导，而干旱（15%PEG）和低温（4℃）处理对OsUBA的表达影响不大。（2）、亚细胞定位表明OsUBA位于细胞膜上。（3）、为了研究OsUBA的功能，本研究构建了35S:OsUBA、OsUBA promoter:OsUBA以及三个OsUBA RNAis（RNAi-1，RNAi-1和RNAi-3）表达载体并将其转化水稻日本晴，目前已得到各载体的纯合株系。研究表明， 35S:OsUBA和OsUBA promoter:OsUBA株系中，主要农艺性状（有效分蘖数和千粒重）明显改善。（4）、对各转基因株系及野生型进行盐胁迫和干旱胁迫，分别观察胁迫前后的表型并测定脯氨酸和丙二醛含量，结果表明35S:OsUBA和OsUBA promoter:OsUBA株系的耐盐性较野生型有所改善，而OsUBA RNAi株系对盐胁迫更加敏感，各转基因株系对干旱胁迫反应较弱，OsUBA主要参与植物对盐胁迫的响应。(5)、取野生型水稻(WT)、35S:OsUBA（L14-6, OX）以及RNAi纯合株系（L1-3, R）进行基因芯片分析。结果表明，多数与胁迫有关的基因在OX株系中上调表达，如LEA蛋白和一些干旱/盐胁迫诱导蛋白，而两个与Na+转运有关的蛋白表达降低；另有一些与各类激素（生长素，乙烯和赤霉素）反应相关的基因；差异显著的基因包括29个蛋白酶抑制剂家族的基因，它们与OSUBA的关系及在胁迫反应中的功能值得进一步探讨。综上所述，过量表达OsUBA的转基因株系农艺性状明显改善，耐盐性提高，说明其主要在植物盐胁迫反应中发挥作用，可将OsUBA用于改良水稻的耐盐性。基因芯片分析中发现的大量胁迫相关基因印证了我们此前对OsUBA功能的预测，差异表达基因中发现的大量生长素反应相关基因以及蛋白酶抑制剂基因预示着OsUBA可能还有广泛的功能。