玉米PIFs转录因子在非生物胁迫应答中的功能分析

干旱、高盐和低温是非生物逆境中对玉米危害最为严重的自然灾害，而转录因子在植物逆境信号传递及相关功能基因表达调控中发挥着关键作用。PIFs是一类碱性/螺旋－环－螺旋 (bHLH) 转录因子，参与了激素信号的调控。PIFs能够调控赤霉素信号路径中与胁迫密切相关的DELLA基因的表达，也能通过一个锌指蛋白增加内源ABA水平，而DELLA蛋白水平和内源ABA水平都能影响植株对胁迫的抗性，但目前PIFs与非生物胁迫之间的关系尚未有报道。我们以胁迫抗性较强的玉米品种"郑单958"和胁迫抗性敏感型品种"云15"为材料，研究玉米中两个作用不同的PIFs转录因子PIL5和PIF3在非生物胁迫应答中的功能及两者功能的异同，分析PIL5和PIF3在非生物胁迫中的作用。本项目首次将PIFs转录因子与非生物胁迫结合研究，为进一步认识PIFs调控网络及利用基因工程改造玉米胁迫途径，培育优质品种提供一定的理论依据。

光敏色素作用因子PIFs属于碱性-螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子家族中的一个亚家族成员，作为植物体内信号网络的中心，PIFs集成了多个方面的分子信号，调控转录网络，驱动下游形态发生。然而到目前为止，PIFs功能的许多方面研究并不透彻，植物中还没有发现PIFs参与非生物胁迫的报道。. 本项目以分子生物学技术为基础，通过基因克隆、亚细胞定位、定量表达、转基因，生理表型测定等技术，在玉米中探索PIFs与非生物胁迫的相关性。主要有以下方面结果：①克隆了玉米PIFs基因，并对其序列和进化关系进行分析后重新命名为ZmPIF3和ZmPIF3.2。②亚细胞定位分析认为ZmPIF3和ZmPIF3.2基因的蛋白质位于细胞核中。③定量表达分析表明ZmPIF3和ZmPIF3.2基因主要在叶子中表达，且能够被PEG、NaCl胁迫和ABA处理诱导表达。④分别构建了12个ZmPIF3和11个ZmPIF3.2水稻过表达纯合植株。⑤营养液和土壤中分别胁迫处理转基因水稻，发现ZmPIF3和ZmPIF3.2基因能够显著增强转基因植株的耐旱和耐盐性。⑥转基因水稻种子萌发和萌发后幼苗生长阶段分别利用ABA处理，结果发现无论是萌发还是萌发后转基因水稻对ABA超敏感。⑦对转基因水稻收获时农艺性状进行初步的统计分析，统计结果显示ZmPIF3和ZmPIF3.2基因对水稻的产量性状并没有产生不良的影响。. 上述结果表明玉米ZmPIF3和ZmPIF3.2基因具有耐旱和耐盐功能，且参与了ABA相关的信号通路，此外ZmPIF3和ZmPIF3.2基因具有耐旱和耐盐功能的同时不会降低作物产量，具有应用价值。本项目揭示了ZmPIF3和ZmPIF3.2基因在非生物胁迫应答中的作用，加深了对玉米PIFs家族参与的非生物胁迫路径的认识，为进一步建立PIFs基因参与的耐旱和耐盐调控网络模型奠定基础。