水稻PIFs转录因子的节水抗旱功能及调控机理研究

基本信息
批准号:31771686
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:高勇
学科分类:
依托单位:扬州大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈建民,张冬平,戴毅,吴美琴,任小芸,梁恩兴,张梦娇,陶海霞
关键词:
水稻分子响应干旱信号耐性
结项摘要

The shortage of water resources is the main fact that restricts the agricultural production. Biological water saving plays an important role in agricultural water saving and drought resistance. Phytochrome-interacting factors (PIFs), as cellular signaling hubs, play a pivotal role in plant growth and development. We found from the previous study that maize PIFs transcription factors could significantly improve water-saving and drought-resistant ability of transgenic rice. Moreover, maize PIFs transcription factors were able to increase grain yield in transgenic rice. However, the function of PIFs involved in water-saving and drought-resistant has not been reported. On the basis of selected gene OsPIL15 from rice, which shares the highest homology with PIFs gene in maize, we construct the over-expression and knockout transgenic materials. This project aims to carry out researches as follows: ①The over-expression and knockout transgenic materials analyzing the function of water-saving and drought-resistant of OsPIL15 based on the phenotypic and physiological changes of transgenic plants. ②Screening the interacting protein and the downstream regulatory gene of OsPIL15 by the yeast two hybrid, ChIP-seq and RNA-seq analysis. Combined with the experimental data of PIFs gene obtained from maize and Arabidopsis thaliana, this project aims to explore the novel water-saving and drought-resistant regulatory mechanisms of the transcription factor PIFs, thereby providing new gene and idea for the genetic improvement of drought-resistant crops.

水资源短缺是制约农业生产的主要问题,生物节水在农业节水抗旱中具有重要作用。转录因子PIFs(光敏色素作用因子)在植物生长发育和信号调控中发挥枢纽作用。申请人前期研究发现玉米PIFs基因能够显著提高转基因水稻的节水抗旱性,且转基因水稻具有较好的农艺性状。但目前为止,还没有PIFs基因参与节水抗旱的报道。在此基础上,申请人筛选获得水稻PIFs家族基因OsPIL15(与玉米PIFs同源性最高),利用其过表达和敲除植株,拟开展以下工作:①过表达和敲除植株抗旱表型、生理和农艺性状分析,推断PIFs的节水抗旱功能;②酵母双杂交文库筛选、染色质免疫共沉淀-测序(ChIP-seq)和转录组测序(RNA-seq),获得PIFs节水抗旱蛋白复合体组成蛋白和下游调控基因。结合申请人已获取的玉米和拟南芥PIFs实验数据,解析水稻PIFs转录因子的节水抗旱调控机理,为作物抗旱分子遗传改良提供新的基因元件和策略。

项目摘要

缺水和干旱是目前制约农业生产的主要问题。水稻是农业用水的第一大户,约占中国农业用水总量的70%左右,因此水稻的节水抗旱研究在农业节水抗旱中具有突出意义。节水抗旱是生物节水和抗旱研究的交叉结合,指植物通过减少水分散失,降低耗水,保存水分,避免或延迟植株遭受干旱。减少水分散失是植物节水抗旱中的重要环节,植物蒸腾是植物耗水的重要途径,气孔蒸腾占总蒸腾量的80%-90%是影响植株蒸腾的主要因素。气孔运动指气孔的打开或关闭,直接影响植物气孔蒸腾,是蒸腾失水的关键生理过程。.植物光敏色素互作因子 (PIFs) 属于碱性螺旋-环-螺旋 (bHLH) 转录因子家族。本项目通过一系列表型、生理、分子和生化实验,在水稻中探索PIFs转录因子的节水抗旱功能及调控机理。主要有以下方面结果:①利用过表达、敲除、回补等转基因水稻材料,发现了水稻PIFs家族基因OsPIL15能够调控水稻气孔运动,影响蒸腾,具有节水抗旱功能。②通过与脱落酸(ABA)的相关性分析,发现OsPIL15通过ABA信号通路调控气孔运动,影响水稻蒸腾。③进一步探究其分子机制,发现OsPIL15通过激活ABA信号传导的关键正调节因子OsABI5来调节气孔运动。④OsPIL15与NIGT1/HRS1/HHO家族转录因子OsHHO3相互作用,形成转录因子复合体,共同调控OsABI5的表达,增强气孔运动,调控水稻蒸腾。通过本项目的研究揭示了水稻PIFs转录因子OsPIL15的节水抗旱功能,阐明了OsPIL15节水抗旱的分子机制,为水稻的节水抗旱分子遗传改良,发展节水抗旱水稻新品种提供基因资源和研究策略。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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