OsAHL基因增强水稻抗旱性分子机制研究

Based on the drought resistant QTLs and expression profiles data of rice genes, we have selected and studied a lot of drought resistant candidate genes. Among them, a new drought resistant gene OsAHL, encoding a AT-hook containting nuclear location protein (AHL) and playing a role in chromatin remodeling process. Our initial study found that, over expression of OsAHL gene in rice can improve some physiological traits of leaves (the relative-water-content as an example) significantly, leading to improved tolerance under drought stess. This study will combine the over-expression and inhibiting- expression method in rice, to comprehensively evaluate the role of OsAHL gene in drough resistant process of rice. We plan to study the physiological, biochemical and morphological characteristics of OsAHL transgenic rice plants under water deficiency condition, in order to elucidate the physiological function of OsAHL gene,and its working pathways. Since it is expected to bind to DNA and paly a role in chromatin remodeling, Furthermore, we intend to study interaction of OsAHL protein with DNA and other proteins by yeast two hybridization and by antibody protein related experiments to explore possible role of OsAHL protein in chromatin remodeling and to uncover the mechanism of OsAHL protein in regulating lower stream gene expression.

综合本实验室已有的水稻抗旱QTLs数据和水/旱条件下的水稻基因表达谱变化数据，我们对一些列抗旱相关候选基因的功能进行了初步筛选和研究。其中一个候选基因OsAHL，编码含AT-hook模体的染色体结合蛋白，参与了水稻的抗旱响应过程。我们发现，过表达OsAHL基因，能改善水稻的叶片生理性状，提高其在缺水条件下的持水能力，显著提高水稻的抗旱性。本研究将结合过表达和抑制表达等系列实验方法，全面评价OsAHL基因在水稻抗旱中的功能；通过对转基因水稻的生理、生化以及形态学研究，初步明确该基因的生理功能和作用途径，着力阐明其在水稻逆境胁迫反应中所起的作用。OsAHL蛋白具有DNA结合功能，并可能与染色体的塑形和修饰有关。我们拟通过酵母杂交系统和OsAHL蛋白抗体相关实验，研究其与DNA及蛋白互作等情况，进一步了解其在水稻中的分子功能和工作机制。

结合干旱胁迫下水稻基因表达差异与水稻抗旱相关QTLs定位结果，我们确定了一个新的水稻节水抗旱相关基因OsAHL1 。故此，我们对OsAHL1的表达模式，生理功能，分子作用模式等进行了深入的研究分析。研究结果表明，OsAHL1基因同时影响到水稻的耐旱性和避旱性，是水稻抗旱响应的关键基因；在其下游一众靶基因受其直接调控；因OsAHL1蛋白没有转录激活活性，推测其结合其它蛋白形成蛋白复合体来调控下游基因的表达。. 在水稻中花11中过表达OsAHL1基因，显著改善了水稻抗旱性。实验室模拟干旱胁迫试验，结果显示过表达OsAHL1基因显著增强水稻苗期抗旱能力。田间自然干旱胁迫试验表明，OsAHL1基因显著增强水稻在生殖生长时期抗旱性，通过对农艺性状的考察，过表达OsAHL1基因显著提高水稻在干旱胁迫下的结实率（较WT提高17%－23％）、生物学产量、单株产量和百粒重。根管试验结果显示，在干旱胁迫条件下，过表达OsAHL1基因植株的根系容积显著大于野生型植株，叶片抗氧化能力显著提高。故此我们认为，OsAHL1基因同时调控了水稻的避旱性（根容积增大）和耐旱性（抗氧化能力增强），是水稻抗旱响应过程中的关键基因之一。. 利用基因表达芯片分析转基因水稻的表达差异，结果表明，在水稻中OsAHL基因显著增强LOC_Os05g01330，LOC_Os02g33420 (HSP101), LOC_Os03g51530, LOC_Os01g01840 (bHLH like), LOC_Os04g49510 (OsCDPK7), LOC_Os11g26780 (dehydrin Rab16b), LOC_Os07g47790 (AP2-ERFBP like)等7个基因的表达水平.酵母单杂试验也证明，OsAHL1 蛋白可以直接结合到这些基因的启动子或者内含子区域的特定DNA序列，其结合位点的序列富含A/T碱基，序列特征明显（ WTWAWWWWTTTTTMAMWAANW）。在这些下游靶基因中，HSP101, OsCDPK7, dehydrin Rab16b等已知功能的基因，均已被证明参与并提高植物的非生物逆境抗性。其余基因具体功能未知，具有极高的研究价值。. OsAHL1基因在实验室外自然干旱条件下表现出了显著的抗旱效果，所以其实际应用价值和现实意义重大。