黄瓜NAC转录因子Cs ATAF1响应并调控干旱胁迫耐受力的研究

【作者】 王晋芳； 林鑫鹏； 张娜； 郭仰东；

【机构】 中国农业大学园艺学院蔬菜系；

【摘要】 黄瓜生长对水分需求量大,对水分胁迫敏感。目前关于黄瓜抵御干旱胁迫的研究多处于生理研究层面,黄瓜响应干旱胁迫的分子机制研究较少。NAC转录因子在植物响应干旱胁迫机制中具有十分重要的作用,而黄瓜NAC转录因子响应干旱胁迫的分子机制尚不明确。以黄瓜品种‘津研四号’为试验材料,利用荧光定量PCR,筛选到受干旱胁迫强烈诱导的黄瓜NAC类转录因子基因CsATAF1。通过转基因获得了该基因在黄瓜上的过表达和RNAi株系。通过表型分析和基因表达分析,蛋白–DNA互作分析,得到了CsATAF1调控黄瓜干旱胁迫耐受力的分子机制。并利用酵母双杂交技术获得了若干与CsATAF1互作的蛋白。通过基因表达分析发现1个受干旱胁迫显著诱导上调表达的NAC类转录因子基因CsATAF1,并对其参与黄瓜抗旱性调节的分子机制做了探索。CsATAF1定位于细胞核上。酵母单杂交结果显示,CsATAF1具有转录激活活性,转录激活区域位于C端。在黄瓜中过表达CsATAF1缓解了渗透胁迫对种子萌发的抑制,过表达植株根的伸长明显优于野生型植株。与野生型植株相比,过表达植株的抗旱性显著提高。在干旱胁迫条件下,过表达植株叶片的水分散失率和气孔开度显著低于野生型植株,表明CsATAF1可能通过调节气孔的开闭,减少了植株水分的散失,使得过表达植株的光合效率显著的高于野生型植株。干旱胁迫会促进植株体内活性氧的积累,过表达植株中抗氧化酶的活性提高,活性氧积累减少。过表达植株对ABA的敏感性提高,从而快速诱导气孔的关闭,减少水分的散失。在黄瓜中RNAi干扰CsATAF1的表达导致干扰植株中抗氧化酶活性降低,在干旱胁迫下积累更多的活性氧以及对ABA的敏感性下降,抗旱性显著降低。基因表达分析发现,正常条件下,CsDREB2C、CsCu-ZnSOD、CsABI5的表达在过表达植株中高于野生型,在干扰植株中表达量低于野生型。酵母单杂交、双荧光素酶试验和凝胶阻滞试验证明,CsATAF1能够识别CsDREB2C、CsCu-ZnSOD和Cs ABI5启动子上的NAC识别位点并与之结合。酵母双杂交筛库发现若干与CsATAF1互作的蛋白,其中CsAIP经酵母双杂交和BiFC验证确定与CsATAF1互作。生物信息学分析发现CsAIP具有RING-box结构域,为E3泛素连接酶。推测该基因通过泛素化途径调控CsATAF1的蛋白丰度,进而调控黄瓜的抗旱性。更多还原