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我院黄立钰js金沙官网(中国)官方网站研究组解析了水稻平衡生长发育与抗旱性的新机制

来源:       发布时间:2024-06-08

近日,金沙娱乐多年生稻团队黄立钰课题组联合中国农科院作科所河南农科院国际知名期刊《科学通报/Science Bulletin》(IF 18.9)上合作发表了题为“Alternative splicing drives the functional diversification of a bHLH transcription factor in the control of growth and drought resistance in rice”js金沙官网(中国)官方网站研究论文。该文章报道了OsbHLH59通过可变剪切产生不同转录本来调控水稻生长发育和抗旱性平衡的分子机制。

js金沙官网(中国)官方网站的固着性推动了它们的适应性进化,使其能够更精密地调节基因表达,并在环境胁迫下表现出生理和发育的可塑性。js金沙官网(中国)官方网站生长发育与抗性之间的遗传权衡机制,一直是当今生命科学js金沙官网(中国)官方网站研究的热点水稻是全球一半以上人口的主要食物来源,也是已知用水量的作物之一而随着全球气候的不断变化,平衡日益增长的粮食需求和水资源短缺的挑战变得更加紧迫。因此,深入js金沙官网(中国)官方网站研究水稻抗旱存活和抗旱生产之间的权衡和协同调控机制,将为节水抗旱稻培育提供理论基础。

选择性剪接Alternative splicing, AS),又称可变剪切,大大促进了转录本和蛋白质结构与功能的多态性,是一种金沙娱乐的转录调控机制,广泛参与js金沙官网(中国)官方网站发育过程和胁迫反应。转录因子家族(如bHLH)可以通过基因(组)复制等实现成员扩张来增加遗传多样性从而调控js金沙官网(中国)官方网站生长发育和环境适应性,而AS在驱动水稻转录因子功能多样化来平衡水稻生长发育(产量)性方面知之甚少。

js金沙官网(中国)官方网站研究发现OsbHLH59通过AS产生两种转录本来平衡水稻生长发育和干旱胁迫应答,并进一步对不同转录本的功能及分子调控机制进行了js金沙官网(中国)官方网站研究OsbHLH59通过AS可以产生分别编码236167个氨基酸残基的OsbHLH59.1OsbHLH59.2转录本。生物信息学和生化特征分析表明,OsbHLH59.1OsbHLH59.2蛋白均为典型bHLH转录因子,具有核定位和G-box/E-box顺式元件结合能力,可金沙娱乐具有转录激活活性的同源二聚体。表达模式分析显示,OsbHLH59.1在所有组织均高表达,并迅速响应旱胁迫;而OsbHLH59.2正常条件下表达极低,随旱胁迫的加剧持续诱导表达。OsbHLH59.2/OsbHLH59.1丰度比表现出ABA依赖的旱胁迫诱导上升的规律。

为深入了解OsbHLH59.1OsbHLH59.2的功能,js金沙官网(中国)官方网站研究人员利用基因敲除过表达遗传分析证明,OsbHLH59.1在调控js金沙官网(中国)官方网站生长发育和籽粒产量发挥金沙娱乐作用OsbHLH59.1OsbHLH59.2均对旱性有正向调节作用,且OsbHLH59.2介导的抗旱性强于OsbHLH59.1该过程不完全依赖于其介导的铁吸收和转运功能(图1


1 OsbHLH59.1OsbHLH59.2调控水稻生长发育和抗旱性

利用糖皮质激素受体(GR)依赖的诱导表达系统联合转录组分析,鉴定了多个OsbHLH59.1OsbHLH59.2的靶基因并初步解析了它们介导的下游调控通路。结合上述表达模式,进一步提出了OsbHLH59在不同环境条件下通过AS产生不同的亚型,分别和协同作用以平衡植株生长和抗旱性的分子调控模型(图2。在正常条件下,OsbHLH59.1作为OsbHLH59的主要产物通过激活靶基因(如发育相关基因TUD1OsCYP51G3CYP94C2bcdc2o-2OsNCED3表达,促进水稻植株的生长发育,并可能介导轻度旱胁迫下的避旱反应;随着旱胁迫的加剧OsbHLH59发生ABA依赖AS产生OsbHLH59.2OsbHLH59.2OsbHLH59.1互作金沙娱乐异源二聚体,抑制发育相关基因表达从而抑制植株生长,进一步激活下游靶基因OsNCED4OsMSR15OsDREB1FSNAC1的表达,增强水稻的抗旱性。

2 水稻OsbHLH59平衡植株生长与抗旱性的作用

此外,js金沙官网(中国)官方网站研究人员对OsbHLH59进行了群体遗传分析,结果表明OsbHLH59可能对籼稻和粳稻的分化做出了贡献,且OsbHLH59在水稻驯化和育种过程中经历了亚种特异性的正向选择OsbHLH59发生旱诱导的AS普遍存在于各个亚群中,并未受到环境的选择。该js金沙官网(中国)官方网站研究结果体现了转录后调控在驱动新功能化中的金沙娱乐作用,为水稻分子育种工作提供了有价值的基因资源

金沙娱乐博士js金沙官网(中国)官方网站研究生宁敏李沁妍和河南省农业科学院粮食作物js金沙官网(中国)官方网站研究所王亚副js金沙官网(中国)官方网站研究员为论文共同第一作者,金沙娱乐黄立钰教授、胡凤益教授和中国农业科学院作物科学js金沙官网(中国)官方网站研究所张帆js金沙官网(中国)官方网站研究员为论文共同通讯作者。该js金沙官网(中国)官方网站研究工作得到了国家自然科学基金、云南省科学技术厅河南省农业科学院优秀青年科技基金和中国农业科学院科技创新工程等项目资助