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Plant Cell:水稻表皮蜡质合成和干旱反应分子机制研究获进展

来源:东北地理与农业生态研究所 2017-12-20 09:15

 

表皮蜡质是植物最外面的疏水层,对植物防御环境胁迫有保护作用,尤其在干旱胁迫条件下减少植物非气孔途径的水分流失方面发挥着重要作用。当前研究中,关于蜡质合成途径关键酶的编码基因,以及相关转录因子研究较多,但对蜡质合成翻译后调控机制的研究报道较为缺失。

中国科学院东北地理与农业生态研究所在研究中首次发现了水稻Really Interesting New Gene(RING)类基因DROUGHT HYPERSENSITIVE(DHS)编码的蛋白,是重要的蜡质合成调控因子。DHS过量表达植株表皮蜡质结构严重破坏,蜡质组分含量与野生型相比显着降低,对干旱极为敏感;反之,DHS突变体与野生型相比,蜡质组分含量显着增加,抗旱能力增强。进一步研究发现,DHS具有E3泛素连接酶活性,能够与HD-ZIP Ⅳ家族转录因子ROC4相互作用。通过对ROC4过量表达植株和基因敲除突变体的分析,发现ROC4正调控水稻表皮蜡质合成和干旱胁迫反应;ROC4体内蛋白具有泛素化形式,并受泛素/26蛋白酶体(UPS)途径介导降解;DHS促进ROC4降解,而DHS突变减缓ROC4降解。遗传学分析研究发现,ROC4作用于DHS下游,DHS-ROC4直接调控下游靶基因Os-BDG的表达。该研究表明,DHS通过泛素化降解ROC4,从而负调控表皮蜡质合成,影响水稻抗旱能力。此作用机制的揭示对水稻抗旱育种具有参考价值。

相关研究成果发表在植物学期刊Plant Cell上。该研究得到了国家自然科学基金,中科院战略性先导科技专项、率先行动“百人计划”等项目的资助。(生物谷Bioon.com)

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