新型棉花R2R3转录因子GaMYB62L和GaMYB85的功能分析
MYB转录因子是非常著名的一类转录因子，它们主要参与胁迫响应的基因互做和信号通路。MYB转录因子在氨基酸的N端含有一个保守的、具有53个氨基酸残基的DNA结合结构域—MYB结构域，MYB结构域可以折叠成螺旋-环-螺旋结构。近期研究发现MYB结构域也可位于MYB转录因子氨基酸的C端。依据DNA结合结构域的不同，MYB蛋白可以进一步分成四类:MYB-1R，R2R3-MYB，R1R2R3-MYB(MYB3R)和4-RMYB类蛋白。R1R2R3-MYB类蛋白广泛的存在于单子叶植物和双子叶植物中，棉花D基因组是目前为止含有R2R3-MYB基因最多的基因组（相较于拟南芥126个），大约具有205个。R2R3-MYB基因参与许多胁迫响应，植物发育和细胞内代谢过程。R2R3-MYB转录因子涉及植物对多种非生物胁迫的应答，但是对棉花中R2R3-MYB基因参与干旱胁迫应答的研究还比较少。而且，在干旱胁迫下的分子网络和植物基因的功能仍然不是很清楚。 在本研究中，我们克隆了两个来自亚洲棉的R2R3-MYB基因GaMYB62L和GaMYB85，并将它们转化于拟南芥中。这两个基因的过表达拟南芥展现出耐受干旱的表型，这可能和过表达拟南芥具有高ABA含量、高气孔关闭度、低失水率、增强的相对水含量、显著增强的脯氨酸和叶绿素含量以及较好的生长势等原因有关。这些研究显示亚洲棉GaMYB62L和GaMYB85是棉花干旱耐受遗传工程研究的新的候选基因。 主要的结果概括如下: 研究GaMYB62L和GaMYB85在干旱、冷和盐胁迫等方面的功能 在本研究中，我们克隆了两个R2R3-MYB基因GaMYB62L和GaMYB85，将它们转化拟南芥并进行功能分析。GaMYB62L蛋白含有两个SANT结构域和一个R2R3不完全重复序列，但是GaMYB85蛋白含有一个SANT结构域和一个R2R3不完全重复序列。GaMYB62L的cDNA长度是1017 bp，CDS长度为879bp，编码一个292氨基酸的蛋白，蛋白分子量为38.78kD，等电点为8.91。然而，GaMYB85蛋白生物信息学分析显示其CDS长度为771bp，编码一个257氨基酸的蛋白，且该蛋白分子量为24.91kD，等电点为5.58。GaMYB62L的拟南芥过表达株系(L1，L2 and L3)和GaMYB85的拟南芥过表达株系(L3，L4，L7)种子在盐胁迫和渗透胁迫条件下展现出较高的种子萌发率，同时这两个基因的拟南芥过表达株系相较于对照来说无论是干旱胁迫还是低温胁迫条件下均具有显著增高的脯氨酸和叶绿素含量，较低的失水率和降低的气孔开度，以及较高的存活率。另外，对这两个基因的拟南芥过表达株系的萌发和根系伸长研究发现它们对ABA较为敏感，这说明ABA参与了过表达拟南芥株系的根系的发育过程。 ABA诱导的GaMYB62L和GaMYB85调控的胁迫相关的标志基因的表达分析 GaMYB62L的拟南芥过表达株系中，ABA诱导的胁迫相关基因都相应的上调表达，例如RD22，ADH1，COR15A和RD29A，。然而，GaMYB85过表达株系拟南芥中，RD22，ADH1，RD29A，P5CS和ABI5等胁迫相关基因上调表达。总的来说， 在拟南芥中组成型过表达GaMYB62L和GaMYB85基因被认为可以增强对干旱、盐和冷胁迫的耐受。因此，对采用遗传工程的方法改进棉花对非生物胁迫的耐受性，本研究的两个基因是非常有潜力的候选基因。
棉花;MYB转录因子;GaMYB62L基因;GaMYB85基因;非生物胁迫;耐受性
中国农业科学院
博士
生物化学与分子生物学
李付广
2017
中文
S562
117
2018-01-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）