MADS-box转录因子NRF在植物抗逆性中的功能解析

Drought and salt stress are the most severe environmental factors that affect plant growth and crop yield. Understanding the molecular mechanisms underlying plant stress resistance would greatly assist breeders to improve crops against environmental stresses. By analyzing the transcriptome data of our drought resistant mutant edt1, we found a number of down-regulated genes in the mutant. One such gene belongs to the MADS-box family in Arabidopsis thaliana and was named NRF. The roles of MADS-box family genes are well known in regulating flowering and floral organ formation. But little is known about their roles in abiotic stress resistance. Our work has shown that loss-of-function mutant nrf is more resistant to salt and osmotic stress during seed germination, root elongation, and post-germination growth, while the overexpression lines are more sensitive than that of the wild type control. Therefore, NRF is a negative regulator of plant stress resistance. Further analysis of the regulatory mechanism of NRF in balancing between stress resistance and growth will provide valuable information for improving the stress resistance traits of crops and useful candidate genes for crop improvement.

干旱和盐胁迫是非生物胁迫中影响农作物生长与产量最为严重的环境因素。深入解析植物抗逆机制，提高植物的抗逆性是解决因各种环境胁迫造成农作物损失的有效途径之一。申请人所在实验室通过对具有抗旱功能突变体edt1转录组数据分析，发现一个在突变体中被显著下调基因，该基因属于拟南芥MADS-box家族，暂命名为NRF。目前该家族成员在调控开花和花器官形成中的重要作用已为人所熟知，但在非生物胁迫方面的功能较少被关注。我们的前期研究工作已证明该基因缺失突变体在种子萌发，根系伸长以及后期生长具有显著增强的抗逆功能，而过表达株系的抗逆性明显弱于对照。因此，NRF蛋白是一个植物抗逆性的负调控因子。继续解析NRF在非生物胁迫中的功能和相关调控网络，及其在植物耐逆性与生长发育之间的平衡机制，将为改良农作物抗逆性状提供新的思路，为培育抗逆新品种提供新的候选基因。

水分是制约地球上植物分布和农业生产的重要环境因素之一。植物在漫长的演化过程中，对不同水分环境产生了相应的适应性机制。因此，深入解析植物抗逆机制，提高植物的抗逆性是解决因各种环境胁迫造成农作物损失的有效途径之一。申请人所在实验室通过对具有抗旱功能突变体edt1转录组数据分析，发现一个在突变体中被显著下调基因，该基因属于拟南芥MADS-box家族，暂命名为NRF。目前该家族成员在调控开花和花器官形成中的重要作用已为人所熟知，但在非生物胁迫方面的功能较少被关注。我们的研究工作已证明NRF不仅可以调控胁迫响应因子和ABA信号通路及离子稳态相关基因的表达，而且还影响生长发育相关基因的表达，在平衡胁迫应激响应与植物生长发育方面发挥至关重要的作用。此外，还发现NRF在保卫细胞中表达，并在干旱胁迫处理条件下被下调。当NRF缺失，导致叶片ABA含量增高，气孔密度降低，气孔关闭更敏感。进一步的研究表明，NRF直接调控ABA代谢过程中的CYP707A3和AAO3以及气孔发育过程中SDD1的表达，导致叶片气孔密度和ABA水平的改变，进而负调控植物抗旱性。该项目解析NRF在非生物胁迫中的功能和相关调控网络，及其在植物耐逆性与生长发育之间的平衡机制，将为改良农作物抗逆性状提供新的思路，为培育抗逆新品种提供新的候选基因。