油菜中一个MYB转录因子调控ROS累积与抗逆的分子机制研究

Canola is a widely planted oilseed crop. Its growth, development and production are affected by stresses. Transcription factors in plants play important role in response to stress. The MYB (v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog) family is one of the biggest families of transcription factors in plants. Some MYB factors participate in plant response to stress. In our recent research, we obtained a MYB transcription factor gene from canola, whose expression can lead to reactive oxygen species (ROS) accumulation and cell death. Excessive ROS can lead to cell damage of plants, and ROS is involved in plant response to stress in proper concentration by acting as second messenger or leading to programmed cell death. This proposal will identify the genes transcriptionally activated directly by the above-mentioned transcription factor with microarray and chromatin immunoprecipitation (ChIP)-quantitative PCR. Combined with physiological and biochemical analysis, the regulatory mechanism of the transcription factor in ROS accumulation and stress resistance will be clarified. This research will help to deepen the understanding of the regulation mechanism of MYB transcription factor of canola response to stress, and provides a theoretical support to cultivate high resistant canola varieties.

油菜是一种广泛种植的重要的油料作物，其生长发育及产量都会受到逆境的影响。在植物对逆境的响应中，转录因子起着重要的作用。MYB类转录因子是植物中最大的转录因子家族之一，其中一些参与了植物对逆境的响应。在前期研究中，我们从油菜中鉴定了一个能够引起活性氧（ROS）积累与细胞坏死的MYB类转录因子基因。过多活性氧会导致植物细胞受到氧化损伤，而在适当的浓度下又能通过充当第二信使，引起细胞程序性死亡等方式参与植物抗逆。本项目拟采用基因芯片和染色体免疫共沉淀-定量PCR技术鉴定该转录因子所直接转录激活的基因，并结合相关的生理和生化实验，阐明其调控活性氧累积与抗逆的分子机制。本研究有助于人们深入了解油菜MYB类转录因子在响应逆境中的调控机制，并为油菜高抗性品种的育种提供理论基础。

植物中的很多R2R3型MYB转录因子能够参与对逆境的响应。本项目前期研究得到一个油菜R2R3型MYB转录因子BnaMYB78，发现该转录因子可能导致活性氧（ROS）的积累和细胞的程序性死亡（PCD）过程。在此基础上，本项目测定了BnaMYB78过表达对植物过氧化氢含量、离子渗漏水平等相关生理指标，并利用TUNEL技术检测了DNA断裂情况，确证了活性氧的积累及细胞程序性死亡的发生。继而利用qPCR技术及转录组测序技术对过表达BnaMYB78的植物中的基因表达情况进行了检测。利用检测结果及生物信息学技术发现BnaMYB78可能与SMRE3和SMRE7两个DNA基序结合，并利用双荧光素酶报告系统进行了验证。综合基因表达情况及上调基因启动子中含有两个基序的情况，得出RbohD等基因的表达受到BnaMYB78的直接转录激活的结论，并对部分基因在油菜中的同源基因受BnaMYB78转录激活的情况进行了验证。对BnaMYB78在逆境响应过程中的作用机理进行了总结。不过，本项目研究发现，BnaMYB78的表达会强烈抑制植物的生长，故此不能简单的过表达BnaMYB78来提高植物抗性。本研究得到的结果能够为利用转基因等方法提高油菜抗逆性提供理论基础。