水稻OsWRKY32-3基因在持续性高温胁迫响应中的功能和作用机制研究

High temperature (HT) is a serious abiotic stress that affects the growth, development, yield and quality of rice production. Various stress-tolerance genes could preciously response to HT. However, most related studies focused on the regulation of “heat shock” response, which normally occurred in short term HT stress. By contrast, the regulation mechanism of the long-term HT response is seldom reported. Our previous study found the expression of a rice aconitase gene OsACO1 is induced by long-term HT stress. A functional undetermined member of WRKY gene family, OsWRKY32-3, might participate in the transcriptional regulation of the long-term HT stress response of OsACO1. In this study, we plan to construct the overexpression lines and CRISPR/Cas9-induced target mutated lines of OsWRKY32-3 gene. Using these materials, we may elucidate the function of OsWRKY32-3 in rice HT adaption by phenotypical, physiological and biochemical analysis. Meanwhile, the genes regulated by OsWRKY32-3 will be screened and the regulation mechanism will be analyzed. Moreover, the expression pattern of OsWRKY32-3 under HT stress will be carefully examined and the molecular mechanism will also be investigated. Taken these together, this project tries to establish a regulation model of the OsWRKY32-3 involved long-term HT stress response. And this research will help to understand the biological role of long-term HT response in plant stress adaption.

高温胁迫严重影响水稻生长发育及产量和品质形成。抗逆基因的精确响应在水稻高温胁迫应答中起重要作用。但是，大多数相关研究集中于时间较短的热激胁迫响应调控，而对长时间持续性高温胁迫响应的调控机理知之甚少。项目组前期工作中发现，功能未知的WRKY转录因子家族成员OsWRKY32-3参与调控水稻乌头酸酶基因OsACO1的持续性高温胁迫诱导表达。本项目拟通过创制OsWRKY32-3过表达和靶向突变材料，利用表型和抗性生理等分析明确OsWRKY32-3在水稻耐热反应中的功能；进而，通过差异基因表达和生化鉴定等研究明确该基因的调控目标、控制方式及抗逆分子机理；同时，通过表达模式分析和关键元件分离等工作，明确该基因自身响应高温胁迫的转录调控模式。通过上述研究，本项目试图围绕OsWRKY32-3构建水稻持续性高温胁迫响应调控的分子模型，初步阐明该调控在水稻耐热反应中的生物学意义，并为作物耐逆改良提供理论指导。

随着全球变暖的趋势日益加剧，高温胁迫已成为水稻生产所面对的主要环境问题。抗逆基因的精确响应在水稻高温胁迫应答中起重要作用。但是，大多数相关研究集中于时间较短的热激胁迫响应调控，而对长时间持续性高温胁迫响应的调控机理知之甚少。前期研究中本项目组发现OsWRKY32-3转录因子是响应水稻高温胁迫反应，但其功能及作用机制仍未知。本项目以一个功能未知基因OsWRKY32-3为研究对象，从基因功能、生化性质、调控目标及表达模式等方面研究其在水稻高温胁迫应答中的功能和作用机制。通过对水稻OsWRKY32-3诱导表达模式和时空表达模式分析，发现OsWRKY32-3对长时间的高温胁迫具有一定的响应作用，而且表达量随高温胁迫的时间延长逐渐上调。在水稻的根茎叶花种子等不同组织中，OsWRKY32-3在花器官中的表达最强。以日本晴为对照，通过对高温处理前后OsWRKY32-3基因的超表达材料、敲除突变体的生长速率、成活率农艺性状、及活性氧水平、活性氧清除酶活力、丙二醛（MDA）含量等主要生理生化指标的测定，从而明确了OsWRKY32-3在水稻高温耐受中的起着正调控作用，即OsWRKY32-3基因的超表达材料比对照和突变体更能耐受高温胁迫。通过对OsWRKY32-3基因超表达材料、敲除突变体及其对照的高温处理前后的关键基因的表达水平，及烟草瞬时转化体系、酵母单杂及EMSA的体内体外进行了系统分析，初步明晰了OsWRKY32-3调控下游基因如活性氧清除基因OsAPX1、热激因子OsHSF7和能量代谢基因OsGolS。本研究发现了在水稻持续性高温胁迫中起着正调控作用的基OsWRKY32-3，对其作用的生理机制和分子机理进行初步探索，有助于理解水稻长时间高温胁迫下的调控网络。