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轉(zhuǎn)錄因子OsMYB2觸發(fā)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsANT1的表達(dá)調(diào)節(jié)水稻生長(zhǎng)和耐鹽性
近日，貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院方中明教授團(tuán)隊(duì)在研究脫落酸信號(hào)通路對(duì)水稻生長(zhǎng)和耐鹽性的調(diào)節(jié)機(jī)制方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Plant Physiology》（IF=8.0、一區(qū)期刊）上。
在大多數(shù)植物物種中，氨基酸是氮運(yùn)輸?shù)闹饕问健闈M足根或葉等吸收器官發(fā)育對(duì)氮的需求，氨基酸會(huì)通過維管系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸。在植物生長(zhǎng)和發(fā)育的各種過程中，氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（AATs）作為膜整合蛋白發(fā)揮著重要作用。其中，OsANT1 作為水稻中的一種 AAT，其在水稻中的功能與調(diào)控機(jī)制尚不明確，它是否參與水稻的生長(zhǎng)、發(fā)育以及抗逆過程還有待深入探索。鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)脫落酸（ABA）積累。ABA 作為植物應(yīng)對(duì)逆境脅迫的核心調(diào)節(jié)因子，能夠通過調(diào)控氣孔關(guān)閉、維持離子穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)鹽脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)以及改變代謝過程，增強(qiáng)植物的耐逆性。盡管已有研究揭示了 ABA 信號(hào)通路和氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在植物耐逆性方面的作用，但水稻中 OsANT1 的具體功能以及它與 ABA 信號(hào)通路之間的關(guān)系，目前仍不明確。
在本文中，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了OsANT1過表達(dá)品系（OsANT1 OE系）和敲除OsANT1的品系（OsANT1 C系），對(duì)比野生型后發(fā)現(xiàn)，OsANT1 OE系的每株分蘗數(shù)、每株飽滿籽粒數(shù)和每株籽粒產(chǎn)量均有所增加，而OsANT1 C系的這些指標(biāo)則顯著降低，這說明OsANT1與水稻的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。為探究OsANT1的轉(zhuǎn)運(yùn)特性，研究團(tuán)隊(duì)將表達(dá)該轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的酵母細(xì)胞在含有酪氨酸或脯氨酸作為唯一氮源的液體培養(yǎng)基中生長(zhǎng)。結(jié)果顯示，與空載體pDR196相比，表達(dá)OsANT1的細(xì)胞生長(zhǎng)速率更快。此外，研究團(tuán)隊(duì)使用HPLC測(cè)量了野生型、OsANT1 OE系和OsANT1 C系的莖、葉鞘、葉片和籽粒中各種氨基酸的濃度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)OsANT1 OE系中氨基酸濃度高于野生型ZH11，OsANT1 C 系的氨基酸濃度則低于 ZH11。這些結(jié)果表明，OsANT1主要介導(dǎo)了水稻中酪氨酸和脯氨酸的積累。
另外，為了研究OsANT1轉(zhuǎn)基因系對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)情況，研究團(tuán)隊(duì)測(cè)試了野生型ZH11和OsANT1轉(zhuǎn)基因植物在幼苗階段對(duì)鹽脅迫的抗性。將其在高濃度鹽水環(huán)境下培育 7 天后發(fā)現(xiàn)，OsANT1 OE系具有更高的存活率和更好的耐鹽指標(biāo)。接下來文章進(jìn)一步探討氯化鈉和ABA對(duì)OsANT1表達(dá)水平的影響，研究團(tuán)隊(duì)測(cè)定了不同濃度氯化鈉和ABA處理下OsANT1的表達(dá)水平，結(jié)果顯示，隨著ABA和氯化鈉濃度逐漸增加，OsANT1的表達(dá)水平也顯著上升。為鑒定可能調(diào)控OsANT1表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，研究團(tuán)隊(duì)測(cè)定了ABA途徑中鹽響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子在高鹽和高ABA條件下的表達(dá)水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有OsMYB2的表達(dá)水平顯著增加。綜合這些研究，可得出結(jié)論：OsANT1通過轉(zhuǎn)錄因子OsMYB2被氯化鈉和ABA調(diào)控。之后，研究團(tuán)隊(duì)通過一系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，OsMYB2 能直接結(jié)合到 OsANT1 啟動(dòng)子上的 MBS 元件，進(jìn)而激活 OsANT1 的表達(dá)。同時(shí)，OsMYB2 過表達(dá)株系在耐鹽性和生長(zhǎng)性能方面也表現(xiàn)更為出色。
文章中，為了尋找轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的啟動(dòng)子片段，研究團(tuán)隊(duì)使用博鷺騰的 PlantView 植物活體成像系統(tǒng)進(jìn)行了瞬時(shí)表達(dá)試驗(yàn)。
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae559
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