解析大豆WNK1参与侧根发育和干旱响应的分子网络

干旱是影响作物生长发育和产量的逆境之一，严重影响侧根发育；我们前期的研究表明过表达大豆根特异基因WNK1会抑制侧根发育和影响干旱响应，但对于其中的机理不清楚。本研究主要从解剖学、生理学和分子生物学角度解析WNK1参与大豆侧根发育和干旱反应的分子网络。首先研究过量和下调WNK1表达对大豆内源脱落酸和生长素含量的变化以及对外源植物激素敏感性的改变，测定和干旱反应相关的生理参数；其次是通过大豆芯片检测过量和下调WNK1表达对大豆基因组水平上基因表达的影响，明确WNK1表达水平对侧根发育和干旱反应有关基因转录水平上的影响。最后通过酵母双杂交实验确定WNK1的互作蛋白。通过以上研究，揭示WNK1调控侧根发育和干旱反应的分子网络。

本项目对大豆WNK1调节侧根发育、干旱响应以及WNK基因家族的表达进行了系统的分析。 过表达大豆WNK1 抑制大豆抑制侧根的形成和生长。通过酵母双杂交明确了大豆WNK1的互作蛋白，得到50个候选的互作蛋白，它们参与蛋白质的合成和分解代谢、光合作用、物质的水解反应、信号转导调控和转录调控等。. 大豆基因组至少含有17个可能编码WNK蛋白激酶的基因，其N端激酶区十分保守，而C端即一般认为的调控区则多态性高。进化树分析则表明，大豆WNK家族基因可分为4个亚组。. 我们发现GmWNK1a和2e表现出昼夜节律现象。该基因家族的成员也受到植物激素IAA、ABA和GA的调控。此外，WNK基因也受到干旱和PEG处理的调控。不同家族成员间受到诱导或者抑制作用差异较大。但是，亚组成员之间的表达模式则比较相近。. 另一方面， 我们对拟南芥WNK5和WNK8的功能也进行了分析。 AtWNK5可能参与了拟南芥对渗透胁迫的响应，并且在其中起着正向作用。进行酵母双杂交筛选，筛选得到24个候选的WNK5互作蛋白，主要涉及到植物生长发育的很多方面，如离子的运输、信号转导、植物激素的代谢等。此外我们还证明AtWNK8是植物渗透胁迫和盐害响应方面的负调节因子。. 我们对大豆WNK基因的表达规律进行了数据挖掘分析。发现WNK1a,WNK3c等在根部表达水平较高。有趣的是，WNK基因家族在叶部受水分胁迫的诱导或抑制。如WNK1a,WNK1b,WNK1c,WNK4b受干旱抑制，而WNK1d, WNK2a,WNK2b,WNK2d, WNK2e,WNK3a,WNK3b,WNK3c,WNK4d受干旱诱导。表明WNK家族在调节植物干旱响应方面起作用。. 我们前期研究发现，GmCYB707A1与WNK1互作，而GmCYB707A1可能编码ABA 8'羟化酶。因此我们对大豆CYP707基因家族进行了系统分析。CYP707基因家族在进化上高度保守性。基因家族成员在表达模式上存在明显区别，A1a 和A1b是根系特异表达基因，而A5则是叶中特异表达。转基因研究证明，大豆CYP707A1可互补拟南芥CYP707A1的功能，表明大豆CYP707A1可能编码ABA羟化酶。我们结果说明，大豆WNK1可能磷酸化CYP707A而调节内源ABA的合成，进而影响侧根发育和干旱响应。