MeHDZ14转录因子在木薯干旱胁迫响应机制中的作用

Cassava (Manihot esculenta) has a drought tolerance (especially intermittent drought) mechanism. But little study of cassava drought-tolerant mechanism was study. Existing studies have found that HD-Zip genes play an important role in plant drought resistance. Through analysis the HD-Zip genes in cassava under drought response, transcriptional activation analysis, expression of protein location, and over-expressed in Arabidopsis plants, we got one target gene (MeHDZ14 transcription factor). Target gene’s over-expressed in Arabidopsis plants can increase the ability of tolerance to drought stress, and can improve some genes expression on ABA and JA signaling pathway. In this project, we will have the functional verification of MeHDZ14 gene in cassava plants, and the genes under the target genes regulation will be identified. The study will help to understand the molecular mechanism of cassava to resist drought stress, and provide scientific basis for drought resistance molecular breeding.

木薯具有耐干旱（特别是间歇性干旱）的特性，但目前对木薯耐旱机制的研究处于起步阶段，耐干旱机理尚不清晰。已有的研究表明，HD-Zip类基因在植物抗旱反应中起重要的作用。申请者通过对木薯干旱胁迫下HD-Zip家族基因的表达分析、转录自激活活性分析、及蛋白表达定位等一系列分子分析，以及在模式植物拟南芥中的过量表达功能分析后，发现1个HD-Zip类转录因子基因MeHDZ14的过量表达可以明显提高拟南芥对干旱的耐受性；转基因植株芯片分析发现，MeHDZ14的过表达可以显著提高ABA途径/JA途径部分基因的表达量。由此推测MeHDZ14可能参与ABA/JA抗旱分子途径。本项目将进一步在木薯中对MeHDZ14转录因子进行功能验证，并鉴定其调控下的下游靶基因，阐述MeHDZ14基因参与的木薯耐旱的分子作用途径。为进一步了解木薯对干旱响应的分子机制提供理论基础，为抗旱分子育种提供新的基因资源。

木薯具有独特的耐干旱（特别是间歇性干旱）特性，其中有多种转录因子参与调控。对木薯响应干旱胁迫的HD-Zip基因（MeHDZ14）的初步分析发现，其定位于细胞核，具有转录自激活活性，MeHDZ14-OE转基因拟南芥能够提高植株对干旱的耐受性。本项目通过转基因木薯对MeHDZ14转录因子的功能进行进一步的研究发现，MeHDZ14-OE转基因木薯通过下调表达ABA信号途径负调控因子ABI、PP2C等；上调表达SA信号途径水杨酸羧基转移酶（SAMT）等基因，进而调控其下游POD/SOD/脯氨酸等抗逆生理指标，最终增强转基因植株的抗旱能力。研究结果表明MeHDZ14是ABA/SA途径调控木薯抗逆过程中重要的调控因子，研究结果将有助于揭示木薯耐旱分子机制，为其他作物抗逆育种提供参考。