天然截短型蛋白EsDREB2B的抗旱分子机理研究

Nature truncated DREB (Dehydration Response Element Binding protein) proteins are a kind of special proteins with truncated C-terminal, which are rarely reported and the exact mechanisms of the transcription activation, transcriptional regulation and stress tolerance are still unknown. As part of my dissertation research, a new naturally truncated DREB2-type protein (EsDREB2B) containing several important predicted domains was isolated from extreme drought-tolerant desert plant Eremosparton songoricum. EsDREB2B protein has showed strong and multiple stress tolerance, although truncated in gene structure. The aim of this proposed research is to reveal the molecular mechanism of stress tolerance of this truncated protein EsDREB2B. A series of deletion mutations of EsDREB2B gene will be constructed and analyzed. Specifically, 1) based on the transcriptional activation activity analysis in yeast system, the transcriptional activation domain of EsDREB2B are determined; 2) according to the drought tolerance performance of over-expression system in transgenic Arabidopsis, the stress tolerance-related domains of EsDREB2B are decided; 3) on the basis of the transcriptome comparison analysis between transgenic and wild type Arabidopsis, the target genes of EsDREB2B will be identified and 4) using yeast two-hybrid and BIFC analysis, the proteins interacted with EsDREB2B are confirmed. Through the above research, we aim to illustrate the molecular mechanism of the drought tolerances mediated by EsDREB2B gene. Our research may also helpful for understanding and revealing the new mechanism of truncated DREB proteins.

天然截短型DREB蛋白是近年来新发现的一类特殊的、具有截短的C端结构的 DREB转录因子蛋白，目前对该类蛋白的研究较少，且其转录激活、转录调控和胁迫抗性提高的机理尚不明确且有待研究。EsDREB2B是申请者博士阶段从沙漠植物准噶尔无叶豆中克隆得到的一个新的天然截短型DREB蛋白，其虽是截断型蛋白，却有着广泛的胁迫抗性。本项目在明确了EsDREB2B抗逆功能的基础上，拟通过对其系列结构域缺失片段开展转录激活活性分析，明确它的转录激活域；通过对EsDREB2B系列结构域缺失片段在拟南芥中的抗旱功能比较，阐明其对抗旱性起关键作用的结构域；通过转录组分析野生型和过表达EsDREB2B基因拟南芥的差异表达基因，鉴定EsDREB2B所调控的下游靶基因；并通过酵母双杂交技术筛选与EsDREB2B互作的蛋白。通过上述研究揭示EsDREB2B的抗旱分子机理，并加深对天然截短型DREB抗逆应答机制的认识。

天然截短型DREB蛋白是近年来新发现的一类特殊的、具有截短的C端结构的 DREB转录因子蛋白，目前对该类蛋白的研究非常少，且其转录激活、转录调控和胁迫抗性提高的机理尚不明确且有待研究。本项目在前期明确了EsDREB2B抗逆功能的基础上，通过对其系列结构域缺失片段开展转录激活活性分析，明确它的转录激活和抑制域；通过转录组分析野生型和过表达EsDREB2B基因拟南芥的差异表达基因结合反式单杂筛选酵母随机DNA文库来鉴定EsDREB2B所结合的顺式作用元件和调控的下游靶基因。主要结果如下：(1) EsDREB2B的核心转录自激活区位于C端的131-164aa区域，EsDREB2基因的 C末端的187-201aa为转录抑制区。同时，在该基因N端的52-104aa的中间段可能也是一个转录抑制区。(2) EsDREB2B蛋白与其它DREB蛋白有部分共同的下游靶基因，但这些共同靶基因如Lea, MYB,COR等基因受EsDREB2调控的表达规律不同，且上调或下调表达的同一家族基因的数量和具体成员不同。同时，反式单杂筛选酵母随机DNA文库和单杂验证表明EsDREB2结合了新的顺式作用元件（TGCTT）调控了新的下游靶基因； (3) EsDREB2B上调表达了很多Auxin合成通路里的基因，同时与植物侧根发育相关的LOB基因也出现大量上调，这些均与转EsDREB2拟南芥与野生型拟南芥相比在胁迫后有更大的鲜重和更多的侧根数目等表型数据相吻合，暗示EsDREB2可能通过调节Auxin合成通路来提高抗逆性。本项目揭示了EsDREB2B的抗旱分子机理，并加深了对天然截短型DREB抗逆应答机制的认识。