MaPIP1;1介导香蕉响应干旱胁迫的分子调控机制解析

Banana is one of the fruits that most affected by the drought stress. Drought stress restricts the banana production seriously. Study on the responsive mechanisms to drought of banana has become the most important research subject. Aquaporins (AQPs) have the function of transporting water, which play an important role in plant to adapt drought stress. To date, it remains unclear for the regulatory mechanism of AQP-mediated drought tolerance. In our previous study, we identified banana MaPIP1;1 can make plant to resistant drought. In this study, we will use yeast one-hybrid, electrophoretic mobility shift assays, co-expression analysis and other biochemical and molecular biology techniques to identify the drought responsive element in MaPIP1;1 promoter region, authenticate the transcription factor that direct regulating MaPIP1;1 expression, uncover the molecular mechanism of key transcription factors regulating MaPIP1;1 expression, the study finally reveal the molecular regulation mechanism of MaPIP1;1 mediated banana in response to drought stress. The findings will expand AQP gene expression regulation mechanism, increase the understanding of banana drought-response molecular mechanisms and provide theoretical basis for genetic improving the resistance of banana drought.

香蕉是受干旱胁迫影响最重的水果之一，干旱胁迫严重制约着香蕉的生产。香蕉对干旱的响应机制研究就成为重要的研究课题。水通道蛋白(aquaporins, AQPs)具有转运水的功能，在植物适应干旱胁迫方面起着重要作用。但是，AQP基因响应干旱胁迫的分子机制尚不清楚。我们前期的研究发现香蕉MaPIP1;1具有抗旱功能。本项目将运用酵母单杂交、凝胶阻滞、共表达分析等生化与分子生物学方法，识别MaPIP1;1启动子区干旱应答元件，鉴定直接调控MaPIP1;1基因表达的转录因子，解析目标转录因子调控MaPIP1;1表达的分子机制，从而揭示MaPIP1;1介导香蕉响应干旱胁迫的分子调控机制。研究结果将拓展AQP基因表达调控机制和香蕉响应干旱胁迫分子机制的理解，并且为香蕉抗旱性遗传改良打下基础。

水通道蛋白(aquaporins,AQPs)具有转运水的功能，在植物响应干旱胁迫方面起着重要作用。但是，AQP基因响应干旱胁迫的分子机制尚不清楚。前期的研究发现香蕉MaPIP1;1具有抗旱功能。本项目克隆了MaPIP1;1基因的启动子并识别其核心区域，运用酵母单杂交的方法鉴定直接调控MaPIP1;1启动子的转录因子，解析目标转录因子调控MaPIP1;1表达的分子机制。结果表明，通过克隆得到MaPIP1;1基因的启动子中含有许多TATA-box and CAAT-box核心元件，同时还有ABA 响应元件、MYB元件、MYC元件、MeJA响应元件、光响应元件等。根据顺式作用元件将启动子5´缺失突变确定其核心区域，以此为诱饵进行酵母单杂交，筛选出有23个不同的与MaPIP1;1互作的转录因子或基因。根据结合互作蛋白的功能选取了转录因子MADS3测定双荧光素酶进行体外验证，结果显示在香蕉中MADS3能够与MaPIP1;1启动子结合正向调控MaPIP1;1的转录。qRT-PCR检测结果显示干旱胁迫下，MADS3在香蕉叶片和根系中的表达相似，当干旱胁迫土壤水分为45%时，其表达量最高，进一步证明了MADS3转录因子能够协同MaPIP1;1基因响应干旱胁迫。该研究结果揭示MaPIP1;1介导香蕉响应干旱胁迫的分子调控机制，将拓展AQP基因表达调控机制和香蕉响应干旱胁迫分子机制的理解，并且为香蕉抗旱性遗传改良打下基础。