水稻转录因子OsDRAP1 的抗逆功能研究及调控网络解析

Rice is one of the major food crops in China; it is sensitive to water stress. Environmental stress including drought affect severely rice product and finally endanger our national food security. Therefore, it is very important for us to improve environmental stress tolerance in rice by using molecular breeding and biotechnology. Based on our previous research results, we propose a new research program on functional identification of a candidate transcription factor gene OsDRAP1 confering drought stress tolerance in rice. We are going to molecular dissect its genetic overlap and network of drought and salt stress tolerance by using the platforms of phenome, physiology, cell biology and molecular biology, and to evaluate its application on the improvement of abiotic stress tolerance in rice combined with analyzing its genetic background effect and constructing the marker-free transgenic line. This study will provide gene resource with independent intellectual property rights for future utilization on rice improvement by biotechnology.

水稻是我国的主要粮食作物，其对干旱敏感，环境干旱缺水会导致水稻大量减产，从而影响我国的粮食安全。因而采用分子育种及遗传工程手段改良水稻的抗旱性非常重要。本申请项目在前期研究的基础上，对一个水稻具有抗旱功能的转录因子基因OsDRAP1进行深入抗逆功能验证，采用抗逆表型、组织细胞特征、生理代谢差异、分子等分析技术平台，研究OsDRAP1介导的水稻抗旱耐盐的分子遗传重叠及调控网络；结合转基因遗传背景效应分析及无选择标记转基因系构建，系统评估OsDRAP1应用于分子改良水稻抗逆性利用价值，为采用遗传工程技术改良水稻抗逆性提供具有自主知识产权的基因资源。

植物DREB转录因子基因在植物抗非生物逆境胁迫过程中起着重要作用。本项目在前期研究的基础上，对一个DREB2亚家族基因OsDRAP1进行了详细的抗逆功能分析。结果发现OsDRAP1主要在水稻植株的维管组织中表达，而且受多种非生物逆境和植物激素诱导表达。超表达OsDRAP1转基因水稻植株表现为非常强的抗旱性，而RNAi植株表现则相反。进一步研究结果表明OsDRAP1基因的高表达能显著改善旱胁迫条件下维管组织发育、维护体内水分及活性氧代谢平衡。OsDRAP1与OsCBSX3及OsPUB67等蛋白互作协同调控水稻植株抗逆性。进一步对OsDRAP1互作的蛋白OsPUB67进行了详细抗逆功能分析。OsPUB67编码一个泛素化连接酶，该基因受多种胁迫和激素诱导在细胞所有组分中表达。超表达OsPUB67会增强旱胁迫环境下植株活性氧的清除能力以及叶片气孔关闭。进一步分子互作研究发现OsPUB67与两个旱胁迫负调控因子OsRZFP34及OsDIS1相互作用于气孔保卫细胞膜，促进气孔关闭，从而提高抗逆性。比较转录组分析结果进一步表明，OsPUB67在ABA作用下参与调控下游胁迫响应基因以及转录调控相关基因的表达，从而改善植株的抗逆性。研究结果揭示OsPUB67介导复杂的多层次抗逆分子遗传调控机制。结合转基因遗传背景效应分析及无选择标记转基因系构建，项目系统评估OsDRAP1应用于分子改良水稻抗逆性利用价值，为采用遗传工程技术改良水稻抗逆性提供了具有自主知识产权的基因资源。