玉米幼苗干旱胁迫应答NAC转录因子基因的筛选和鉴定

Drought is one of the major environmental stresses that affect plant growth and corp yield. Drought responsive NAC transcription factors play important roles in modulating plant responses to drought stress. To investigate the drought responsive NAC gene family in maize genome, and resolve transcriptional profiles in maize seedlings under drought stress, RNA-Seq quantification approach based on next-generation Illumina sequencing technology, together with bioinformatical analysis, Northern Blotting and Real-time quantitative PCR analysis, will be used in the present project. And then, the relationship between NAC genes and drought resistance will be revealed in drought-tolerant maize lines, according to dynamic gene expression pattern and physiological and biochemical indexes. The project will aid to unravel the molecular mechanism of NAC genes drought response, and provide a new approach for finding transcription factors responsive to drought stress improving crop stress resistance.

干旱是限制作物生长发育和产量提高的主要逆境因素之一。抗旱相关NAC转录因子在植物干旱应答中起着重要的调控作用。本项目以干旱胁迫处理的玉米幼苗为材料，利用基于新一代高通量测序技术的RNA-Seq (Quantification) 测序结合生物信息学方法、Northern Blotting和Real-time PCR技术，筛选玉米全基因组抗旱相关NAC基因并解析其在转录水平的表达谱。同时结合干旱胁迫下抗旱玉米自交系中NAC基因的动态表达规律及生理生化指标、NAC基因遗传转化玉米，探讨NAC转录因子与玉米抗旱性的关系。本项目的开展将有助于揭示NAC转录调控植物干旱胁迫应答的分子机理，为更有效地寻找改良作物抗逆性的抗旱转录因子提供新的思路和实验依据。

转录因子和非编码RNA等调节因子在植物非生物逆境胁迫应答中起重要作用。（1）本项目系统分析鉴定了133个玉米ZmNAC基因家族。基于ZmNAC基因和其它植物来源的已知功能的同源基因的系统进行分析，我们从全基因水平筛选了20个候选抗旱相关 ZmNAC基因；此外，转录组测序数据和基因芯片数据分析揭示了ZmNAC基因家族的组织特异性表达谱和干旱应答表达谱，我们又鉴定出另外20个干旱应答的ZmNAC基因。进一步我们利用qRT-PCR证实了40个候选抗旱相关 ZmNAC基因的表达模式；为进一步理解非生物胁迫处理下ZmNAC基因在转录调控中的分子机制， ZmNAC基因推断启动子中潜在的非生物胁迫应答顺式元件被鉴定。该结果表明非生物胁迫应答顺式元件和干旱应答基因的表达之间存在潜在的相关性。我们的工作不仅确立了一个基于序列相似性和基因表达谱方法进行功能基因预测的系统和快速的方法，而且也将为改良玉米和其它农作物的抗旱性提供有用的候选抗旱相关基因。（2）长链非编码RNA（lncRNA）代表了一类核酸调控子，它直接以长链形式或被处理成稍短的miRNAs和siRNAs形式而行使作用。本项目为鉴定应答干旱胁迫的玉米lncRNAs，8449条干旱应答转录本被分类为蛋白编码RNA或非编码RNAs两类，非编码RNAs有1724条， 664 条转录本被鉴定为lncRNAs，567个是上调表达， 97 个是下调表达，其中538个是新lncRNAs， real-time qRT-PCR 实验证实所选择的部分lncRNAs应答干旱胁迫，表明lncRNAs参与了玉米胁迫应答调控过程。（3）基于生物信息学分析，我们鉴定出120个ZmWRKY基因，对其进行了相应的系统进化、基因结构及基因表达谱分析，初步表明玉米基因组有20个干旱胁迫应答的ZmWRKY基因，为进一步鉴定抗旱功能的候选WRKY转录因子奠定基础。