水稻类受体蛋白激酶RLKN1在植物响应盐胁迫中的功能研究

It have been reported that receptor-like protein kinases (RLKs) are involved in regulating plant developmental and defense process, but only few members have been functionally characterized. Previous studies by using RNA-seq and qRT-PCR methods have identified 16 RLKs which are induced or inhibited by NaCl treatment in oryza sativa, and we found a rlkn1 mutant showing hypersensitive phenotype to salt stress by screening from 7 rlks mutants. This project regards RLKN1 as the candidate gene to study its function further. First, genetic methods will be used to study the biological function of RLKN1, including the effects of RLKN1 mutation or over-expression to plants response to salt stress and downstream gene expression; second, analyze the possible reacting mechanisms of RLKN1 in salt stress signal transduction; finally, identify the catalytic amino acid in the kinase domain of RLKN1 and detects its phosphorylation activity. This study will help understanding the biological function of RLKs in plants response to salt stress and provide theoretical foundation for the breeding of new rice varieties.

类受体蛋白激酶RLKs（receptor-like protein kinases，RLKs）被报道参与调节植物的生长发育和抗逆过程，但水稻中大部分类RLKs的功能尚未知晓。本项目前期研究利用RNA-seq和荧光定量PCR在水稻中筛选到16个表达水平受NaCl调节的RLKs基因，通过对其中7个RLKs基因的突变体进行表型实验，发现了一个对盐胁迫敏感的rlkn1突变体。本研究将以RLKN1作为候选基因进行深入研究。首先，利用遗传学手段研究RLKN1在水稻响应盐胁迫过程中的生物学功能，包括RLKN1基因的突变体、高表达及恢复株系对水稻耐盐性和下游盐胁迫响应基因表达的影响；其次，分析RLKN1参与盐胁迫过程的可能信号转导机制；最后，鉴定RLKN1激酶区域核心催化位点和磷酸化活性。本项目的研究成果有助于深入理解RLKs在植物响应盐胁迫过程中的生物学功能，并且为耐盐水稻新品种的选育提供理论依据。

盐胁迫是制约水稻生长和产量主要逆境之一，研究盐胁迫响应基因对于了解植物耐盐机理和培育耐盐水稻品种具有重要意义。类受体蛋白激酶RLKs（Receptor-like protein kinases）广泛参与调控植物细胞信号转导和对逆境胁迫的响应过程，本研究的目的是筛选和鉴定响应盐胁迫的RLKs基因,并研究其生物学功能。通过RNA-seq筛选候选基因并且用荧光定量PCR进行验证，筛选到16个转录水平受盐胁迫调节的类受体蛋白激酶。筛选到的16个RLKs基因对植物渗透胁迫相关物质ABA以及甘露醇的诱导或抑制，表明这些RLKs基因可能参与植物非生物胁迫响应过程。然后利用基因编辑对其中的5个基因（Os04g0275100，Os09g0353200，Os07g0541900，Os01g0852100，Os11g0569600）进行敲除。盐处理结果发现Os11g0569600基因（暂时命名为RLKN1）的功能缺失突变体呈现NaCl敏感表型，另外四个基因的表型与野生型一致。盐胁迫处理条件下，rlkn1突变体中H2O2和MDA等对细胞有毒害物质积累量比野生型高，而CAT和SOD活性降低，这部分解释了rlkn1的盐敏感表型。组织定位结果表明RLKN1在根、茎、叶中均有表达，在根中表达水平最高。亚细胞定位结果证实RLKN1为典型的细胞质膜定位蛋白。同时，我们对通过酵母双杂筛选到RLKN1的互作蛋白protein phosphatase 2C 70在拟南芥里的同源蛋白KAPP进行深入研究，发现KAPP参与调控植物耐盐性和ABA信号转导过程。KAPP与蛋白激酶SnRK2.2、SnRK2.3、SnRK2.6互作并且在遗传学上具有上位性。此外，类受体蛋白激酶SIT1被报道负调控植物耐盐性，其功能缺失突变体较野生型的耐盐性增强，为探究RLK基因在耐盐育种中的应用价值，我们对优良食味粳稻品南粳9108中的SIT1基因进行定点敲除，编辑后的南粳9108品种的耐盐性明显增强。因此，SIT1基因在生产上可以被用于基因编辑育种以改良水稻耐盐性。本研究为进一步揭示盐胁迫下RLKs基因的功能和作用机制奠定基础。