拟南芥MYB102通过调控细胞壁扩展蛋白的表达增强植物耐旱的分子机理研究

Drought is one of major factors that affect plant growth and yield. A large number of researches have indicated that rapid modulation of cell wall can improve plant drought tolerance, but the underlying mechanisms are still elusive. In previous experiments of this project, we found that overexpression of the Arabidopsis MYB102 increased plant drought resistance with up-regulation of EXP4, EXP10 and EXP11. Moreover, the results of genome-wide chromatin immunoprecipitation (ChIP–chip) assay revealed that MYB102 may bind the promoters of EXP4, EXP10 and EXP11 to regulate their expression. Experiments using ChIP-on-PCR and EMSA (Gel-shift) will be performed to demonstrate MYB102 specific binding promoter element of targeted genes. Gain-of-function and loss-of-function mutants and triplicate mutants as the materials will be used to verify that MYB102 functions in ABA signaling pathways and drought tolerance. Domain swap experiments of MYB102 promoter will reveal that some regulatory regions of MYB102 promoter are response for ABA and drought stress. The results of this project will be helpful for us to further understand ABA signaling pathway and provide theoretical basis to understand molecular mechanisms of pant drought resistance.

干旱胁迫是影响植物生长和产量的最重要因素之一。研究表明，干旱胁迫下植物细胞壁的快速调节能够增强植物干旱耐受性，然而分子机理仍然不清楚。本项目前期研究发现，拟南芥MYB102过表达提高了植物耐旱性并导致一些细胞壁扩展蛋白基因（EXP4,EXP10和EXP11）显著上调。通过染色质免疫共沉淀结合芯片技术发现，MYB102可能直接结合EXP4,EXP10和EXP11的启动子区调控其表达。本研究拟通过EMSA和ChIP-on-PCR确定MYB102的下游靶基因的结合位点，分析MYB102缺失和过表达植株以及与exp4,exp10和exp11纯合三突变体的双杂交植株对ABA的应答反应和抗旱反应，进一步明确该基因在植物抗旱中的作用。利用启动子调控域替换技术，明确MYB102调控域在ABA信号通路和干旱胁迫中的功能。本项目的研究结果为进一步丰富ABA信号通路和增加了解植物抗旱的分子机制提供理论基础。

扩展蛋白与多种植物生长发育过程以及逆境适应性响应密切相关。干旱条件下，植物细胞壁中一些扩展蛋白基因大量表达。扩展蛋白不仅增大了干旱条件下复苏植物细胞壁的可塑性，而且在细胞壁再生过程中起着重建细胞壁的作用。研究发现，细胞内ABA迅速提高进而激活大量转录因子的表达，然后转录因子与其下游基因启动子区的顺式作用元件结合，启动其转录表达并调控植物生理生化的变化，从而增强植物的抗逆性。MYB102是拟南芥MYB转录因子家族的一个成员，在拟南芥受到创伤或渗透压胁迫后显著上调，并且ABA能够诱导MYB102的表达，暗示了MYB102很可能也参与拟南芥对干旱的响应。荧光定量PCR分析发现，MYB102基因在拟南芥不同组织中均有表达，但在叶片组织中表达量最高。此外，高盐、干旱和低温胁迫或ABA处理都能够显著诱导其表达。利用对公共基因表达谱芯片数据库进行分析发现，MYB102基因与ABA响应通路的基因处于同一个共表达网路，表明MYB102基因很可能参与ABA的信号通路。拟南芥中过量表达MYB102基因显著增强了干旱胁迫的耐受性，但是MYB102基因转录抑制却表现出相反的现象。MYB102基因过表达植株表现出大量的细胞壁扩展蛋白基因表达水平显著上调。通过染色质免疫共沉淀和EMSA技术分析发现，MYB102基因与细胞壁扩展蛋白EXP4，EXP10和EXP11的启动子区域结合。因此，MYB102基因参与调控细胞壁扩展蛋白的表达进而增强植株抗旱能力。MYB102基因也参与调节拟南芥响应生物胁迫的过程。MYB102基因过表达引起乙烯合成基因上调，导致了乙烯含量升高，从而抑制了蚜虫侵染过程中胼胝质的形成，最终增加了植株对蚜虫的易感性。