ERF蛋白TERF1调控烟草乙烯生物合成并提高渗透胁迫耐性的分子机理

摘要

ERFs(Ethylene Responsive Factors)是植物特有的一类转录因子，具有一个保守的ERF型DNA结合域。最初研究表明，在植物抗病应答中，处于乙烯信号途径下游的ERF转录因子可通过结合植物抗病相关PR(Pathogenesis-Related)基因启动子中的GCC box，调控PR基因表达，提高植物对病害的抗性。但近期研究发现ERF转录因子除了结合GCC-box调控植物对病害的响应外，还可以结合非GCC-box顺式作用元件参与植物对低温、干旱等非生物胁迫相关的应答过程。植物对胁迫的应答通常是由多条信号途径参与的复杂调控过程，这些信号途径间往往是既独立又相互联系的，而联系不同应答信号途径的位点，在植物的胁迫应答中通常都是起调控作用的关键位点。ERF转录因子参与多条胁迫应答信号途径表明它们在植物的胁迫应答中具有重要作用。但到目前为止对ERF转录因子在不同逆境信号途径相互作用中的功能的研究还很少，对ERF转录因子如何协调不同胁迫应答信号途径的机理也不清楚。 TERF1(Tomato Ethylene Responsive Factor 1)是本实验室通过酵母单杂交从番茄cDNA表达文库中筛选到的一个新ERF转录因子。实验室前期研究表明TERF1参与了植物的多种非生物胁迫应答。本论文中我们进一步研究了TERF1提高转基因烟草渗透胁迫耐性的分子机理。研究结果表明，TERF1可以结合GCC box和DRE两种顺式作用元件，并可能通过结合这些顺式元件调节胁迫相关基因表达，提高了胞质渗透胁迫调节物质如脯氨酸和可溶性蛋白的含量，从而提高了转基因烟草对干旱和盐胁迫耐性。同时研究还表明，TERF1还可以保持转基因烟草盐胁迫条件下叶绿素的含量稳定，保证转基因烟草在盐胁迫下的生物产量。这也是TERF1提高转基因烟草盐胁迫耐性的重要原因。过表达TERF1烟草黄化苗出现组成型的乙烯过量生成的“三重反应”形态，这表明TERF1可能参与了烟草乙烯生物合成调控。对烟草乙烯合成相关基因ACSs和ACOs表达的分析表明，TERF1提高了某些ACS3和ACO1基因的表达。对TERF1与ACS3，ACO1和ACO3启动子的结合实验表明TERF1可以结合ACS3，ACO1启动子驱动的GUS报告基因表达，另外研究还表明TERF1可以特异的识别结合ACS3启动子中的GCC box元件。这些结果表明在烟草中TERF1可通过识别乙烯合成相关基因的启动子激活相关基因的表达，从而提高了转基因烟草乙烯的生物合成。乙烯合成与作用抑制剂和ABA合成抑制剂都不同程度影响了超表达TERF1烟草的盐胁迫耐性，这表明TERF1参与乙烯和ABA信号途径介导的渗透胁迫应答反应，另外研究还表明乙烯影响部分ABA诱导的胁迫应答基因的表达。以上研究表明，TERF1不但提高与烟草渗透胁迫耐性相关基因表达，促进了烟草的抗渗透胁迫代谢产物的合成，提高了烟草渗透胁迫耐性；还可以调节烟草乙烯合成关键基因的表达，提高-乙烯的生物合成，且TERF1可通过乙烯和ABA信号途径参与渗透胁迫应答，表明TERF1可能是乙烯和ABA协同调节渗透胁迫应答的一个关键位点。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:缩略词表

声明

第一章引言

1.1乙烯与植物的胁迫应答

1.1.1乙烯的生物合成与调控

1.1.2乙烯信号转导途径

1.1.3乙烯在植物胁迫应答中的功能

1.2ABA在植物胁迫应答中的功能

1.3ABA与乙烯信号途径的相互作用

1.4 ERF转录因子与植物的胁迫应答

1.4.1 ERF类转录因子

1.4.2 ERF类转录因子在植物胁迫应答中具有重要功能

1.4.3 ERF类转录因子偶联多个信号途径

1.5研究的目的和意义

第二章TERF1提高转基因烟草的渗透胁迫耐性

2.1实验材料与试剂

2.2实验方法

2.3实验结果

2.3.1 TERF1的序列分析

2.3.2 TERF1提高转基因烟草干旱胁迫耐性

2.3.3 TERF1提高了转基因烟草盐(NACL)胁迫耐性

2.3.4瞬时表达实验分析TERF1与GCC box和DRE元件在烟草中的相互作用

2.3.5 TERFI提高转基因烟草渗透胁迫相关基因表达

2.3.6 TERF1提高转基因烟草脯氨酸含量

2.3.7 TERF1提高转基因烟草可溶性胞质总蛋白含量

2.3.8 TERF1提高转基因烟草盐胁迫下的叶绿素含量

2.3.9 TERFI提高转基因烟草盐胁迫下的生物产量

2.4小结

第三章TERF1提高转基因烟草乙烯的生物合成

3.1实验材料与试剂

3.2实验方法

3.3实验结果

3.3.1超表达TERF1烟草表现出乙烯过量生成形态

3.3.2 TERF1提高转基因烟草乙烯的产量

3.3.3 超表达TERF1提高转基因烟草乙烯生物合成相关基因的表达

3.3.4烟草乙烯合成相关基因ACS3，AC01，AC03启动子的克隆

3.3.5TERF1与ACS3，AC01和AC03启动子的互作

3.3.6 TERF1与ACS3启动子互作位点的分析

3.4小结

第四章乙烯和ABA参与TERF1介导的盐胁迫应答

4.1实验材料与试剂

4.2实验方法

4.3实验结果

4.3.1 TERF1参与乙烯介导的盐胁迫应答

4.3.2 TERF1提高转基因烟草幼苗对ABA的敏感性

4.3.3 ABA信号途径影响TERF1盐胁迫应答

4.3.4 TERF1通过乙烯依赖和非依赖途径调控烟草中ABA应答基因的表达

4.4小结

第五章总结

5.1讨论

5.2结论

5.3创新点

参考文献

致谢

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