转录激活因子OsDRF1调控水稻耐盐性和耐旱性的分子途径

乙烯反应因子(ERF)类转录因子在植物抗逆应答中具有重要的调控作用;OsDRF1是申请人所在实验室从水稻中克隆的具有转录激活作用的一个ERF类转录激活子。生理功能分析发现OsDRF1负调控水稻的耐旱性和耐盐性；基因芯片分析表明OsDRF1提高了OsGSK1、OsABI5以及ERF类转录抑制子基因的表达，但不清楚转录激活子如何负调控水稻的耐逆性。本项目拟在以上研究基础上，通过基因表达分析技术鉴定OsDRF1靶标基因中的ERF类转录抑制子；采用酵母单杂交技术分析OsDRF1与OsERF类抑制子互作的重要氨基酸位点和DNA核心序列；利用EMSA和ChIP技术在体内、体外分析OsDRF1调控OsERF类抑制子基因表达的分子基础；进一步通过研究这些ERF类抑制子在水稻耐逆性中的生理功能，探讨OsDRF1与靶基因在抗逆应答中的转录调控关系，以期阐述OsDRF1影响水稻耐逆性的作用机制。

乙烯是重要的植物激素，乙烯反应因子(ERF)类转录因子是植物特有的一类转录因子，属于一个大的AP2/EREBP转录因子家族，在植物的生长发育以及应对生物和非生物胁迫的过程中行使着广泛而重要的功能。OsDERF1/OsDRF1是项目负责人所在实验室从水稻中克隆的一个ERF 类转录因子。本研究发现OsDERF1定位在细胞核内，能与植物逆境相关的顺式作用元件GCC box和DRE元件相互作用，在酵母内具有激活LacZ报告基因表达，表明OsDERF1是一个具有转录激活作用的ERF 类转录激活子。表达谱分析发现 OsDERF1的表达受到干旱、ABA和ACC诱导。过量表达OsDERF1 (OE) 降低水稻对干旱胁迫的耐受性，而OsDERF1 (RI) 则增加水稻对干旱胁迫的耐受性。同时，过量表达OsDERF1植株中可溶性糖、脯氨酸和叶绿素的含量比野生型中高，而丙二醛的含量比对野生型低，OsDERF1 (RI)中则相反，在干旱胁迫条件下这种差异更加明显，表明OsDERF1通过渗透调节物负调控了水稻对干旱胁迫的抗性。进一步的分析表明OsDERF1也负调控了水稻对高盐胁迫的耐受性。通过Affymetrix GeneChip分析发现OsDERF1激活了许多逆境相关的负调控因子，进一步体内和体外的生化和分子生物学的研究分析发现OsDERF1能够直接同ERF抑制子OsERF3和OsAP2-39基因启动子区域的GCC box 结合调控了它们的表达。深入的研究表明乙烯合成相关基因在OsDERF1过量表达植株中下调，而在OsDERF1(RI)植株中升高，这也使得乙烯的释放量发生了相应的变化。过量表达OsERF3/OsAP2-39 抑制乙烯合成相关基因的表达和乙烯释放，而ACC处理能够恢复OsERF3过量表达植株对干旱的敏感表型，这证明了乙烯在水稻干旱胁迫应答过程中起到非常重要的作用。本研究认为OsDERF1通过转录激活OsERF3/OsAP2-39的表达抑制了乙烯合成基因的表达，从而负调控乙烯的释放和干旱高盐胁迫反应，以上数据揭示了一个ERF转录调控复合体通过控制乙烯的合成来调控干旱高盐等逆境反应，深化了我们对ERF蛋白参与调控乙烯合成相关的干旱和高盐胁迫反应方面的理解，也为抗旱和抗盐生物技术育种提供了新的基因资源。