OsICL2提高水稻非生物胁迫耐受性的调控机理

Tanscription factor targets transcripts of its target genes and controls the expression of the target gene, which regulate many aspects of plant growth and development and abiotic stress. OsICL2 gene was cloned and overexpressed in rice. Several transgenic rice lines were selected. The phenotypical analysis indicated that overexpressed lines showed better tolerance to salt and low temperature. Based on the bioinformatic prediction, we have been screened the target gene of OsICL2. This project will focus on the regulatory mechanism of target gene on enhancing toleranc to salt and low temperature in rice. First, the expression pattern of OsICL2 and target gene will be checked to confirm their spatial and temporal distribution. Second, we will obtain the target gene overexpressed rice and the its loss of function mutant to compare similarities and differences of the phenotypes of OsICL2 and target gene overexpresed lines and target gene mutant.Subsequently, biochemical properties of the target gene protein will be analysized and its intereaction protein will be screened by Y2H, which genes can be regulated by the target gene. Finally, combined with cytological observation, physiological and biochemical experiments revealed OsICL2-target gene pathway how to enhance tolerance to salt and low temperature in rice.

转录因子通过调节靶基因的转录水平，参与调节植物的生长发育和对逆境胁迫响应。我们以水稻为研究材料克隆到OsICL2基因，并成功获得其转基因水稻株系。初步观察发现，转基因水稻在幼苗期发育正常，在低温和盐耐受能力方面，OsICL2超表达株系对盐和低温的耐受能力高于野生型。根据基因芯片结果结合生物信息分析，我们已经得到OsICL2的候选靶基因。本项目将立足于上述表型，重点研究OsICL2及其靶基因提高水稻对盐和低温耐受能力的作用机理。在项目的实施过程中，将首先确定OsICL2及其靶基因在表达上时空分布上的一致性，随后将比对靶基因转基因材料和突变体材料与OsICL2超表达和RNAi株系表型上的异同，分析其靶基因的生化性质、筛选OsICL2的互作蛋白、确定靶基因对其他基因的表达调控，结合细胞学观察和生理生化实验揭示由OsICL2及其靶基因参与的调控途径以及提高水稻对盐和低温耐受性的调控机理

低温严重影响水稻的生长发育和产量，作物低温耐受机制的研究有利于作物遗传育种的改良。水稻bHLH家族有100多个成员。其中OsbHLH002是拟南芥ICE1的同源基因，是耐寒信号途径中的核心成员之一。实验室前期曾发现来自野生稻的OrbHLH2可以提高拟南芥对渗透胁迫的耐受性（J Plant Physiol. 2009），那么ICE1同源基因粳稻的OsbHLH002是否具有促进水稻对冷耐受性的作用目前还不清楚。研究表明水稻OsbHLH002的T-DNA插入突变体osbhlh002-1冷处理后，突变体表现出冷敏感的表型，而OsbHLH002超表达转基因株系则表现出耐冷的表型。进一步研究发现，OsbHLH002能调节水稻海藻糖合成关键酶OsTPP1的表达，促进海藻糖含量积累。此外，蛋白激酶OsMAPK3能与OsbHLH002互作与OsHOS1一起参与调解OsbHLH002的活性和蛋白积累导致渗透保护剂海藻糖的合成，从而赋予水稻的耐寒性。低温胁迫时激活有丝分裂原蛋白激酶OsMAPK3，直接磷酸化OsbHLH002，进而增强其转录激活能力；同时OsMAPK3-OsbHLH002间的互作抑制了OsHOS1-OsbHLH002的互作，使OsbHLH002的泛素化减少、降解减慢，积累更多的OsbHLH002。大量高活性的OsbHLH002蛋白有效地激活其靶基因OsTPP1（编码海藻糖-6-磷酸磷酸酶），促进海藻糖-6-磷酸水解，提高海藻糖含量，增强水稻耐寒性。该研究通过转录因子OsbHLH002，建立起激酶级联信号、渗透保护物质和非生物胁迫之间的联系，揭示了OsMAPK3-OsbHLH002-OsTPP1调控水稻对耐寒响应和耐受的新途径，为提高水稻对冷的耐受性育种提供了理论依据。