玉米ERF转录因子通过调控tps10基因来影响植物间接防御

【作者】 李圣彦； 陈忠良； 汪海； 朱莉； 黄大昉； 郎志宏；

【机构】 中国农业科学院生物技术研究所；

【摘要】 玉米萜类合成酶(terpene synthase)基因tps10是一个编码倍半萜环化酶的基因,TPS10能催化产生次生代谢物(E)-f’-香柑油烯(bergamotene)和(E)-β-法呢烯(farnesne)。当鳞翅目害虫为害玉米时会诱导玉米tps10基因的表达,玉米挥发出的(E)-f’-香柑油烯和(E)-β-法呢烯能够吸引害虫的天敌过来捕食害虫,从而达到防虫的效果。AP2/ERF是一个庞大的转录因子家族,该家族成员参与植物中的茉莉酸、乙烯等多种信号传导途径,在植物抵抗生物及非生物逆境中发挥着非常重要的作用。通过实时定量PCR方法分析了玉米tps10基因在玉米体内的表达情况:tps10基因是一个在叶片中诱导表达基因,玉米螟咬噬2h后开始表达,表达部位是咬食伤口部位,在16h达到最高峰。利用拟南芥异源表达系统进行启动子缺失分析,发现当tps10基因启动子缺失到ATG上游300bp时仍具有与全长启动子相同的表达模式,即300bp区段为启动子的核心区段,具有诱导活性,表现为当转基因拟南芥(-300tps10:GUS)受到亚洲玉米螟幼虫为害后在叶片咬食处有GUS染色,当启动子缺失到ATG上游200bp时,启动子丧失了诱导活性和启动活性。对-300~200的100bp区段进行了进一步分析,生物信息学预测发现,该区段中含有一个ERF转录因子结合的GCC box;将该区段作为诱饵通过酵母单杂交的方法筛选拟南芥转录因子表达文库,获得8个阳性克隆,均为ERF转录因子家族成员。在前期工作中我们建立玉米螟咬食玉米后和JA(茉莉酸)处理后叶片的RNAseq文库,分析了RNAseq文库中基因表达量上调的ERF转录因子,最终筛选得到玉米ERF转录因子——ZmERFx,该转录因子能够与tps10核心启动子区段很好的结合。qPCR分析表明,玉米中ZmERFx基因在正常条件下不表达,受到虫害后基因表达量快速上升,2h达到最高峰随后快速下降,6h后基本恢复到正常水平,而虫害2h后tps10开始表达,表达量逐渐升高,从基因表达的时间先后性来看,ZmERFx转录因子与tps10基因具有一定的联系,将在下一步的工作中对ZmERFx对tps10基因的表达调控机制做进一步的分析,为解析植物间接防御机制提供参考。更多还原