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NAC(NAM,ATAF1/2,CUC)是植物特有的转录因子家族之一,在多种植物生长发育进程和逆境响应中起作用。我们利用公共数据库中的水稻芯片数据对130个ONAC基因在于旱、高盐、低温三种非生物胁迫下的诱导表达模式进行检测,从中鉴定出28个至少受一种非生物胁迫诱导表达的ONAC基因,并选择ONAC045基因进行了详细的功能分析。
ONAC045编码蛋白具有典型的NAC结构域与潜在的核定位信号。组织表达模式分析显示ONAC045主要在根中表达,而在苗期受ABA、干旱、高盐和低温胁迫处理时,ONAC045在根和叶中表现出不同的诱导表达模式。分析发现ONAC045启动子区域中含有6个MYB和8个MYC类转录因子识别位点,这可能对它在不同胁迫条件下的诱导表达模式起决定作用。通过酵母细胞中的反式激活实验证实ONAC045具有转录激活活性,且转录激活区位于160-359AA之间。在洋葱表皮细胞中瞬时表达GFP-ONAC045,GFP荧光信号表明ONAC045定位在细胞核中。构建了超量表达ONAC045的转基因水稻株系,苗期耐旱耐盐性分析证明超量表达ONAC045可以提高转基因植株对这两种胁迫的耐受性。抗逆相关基因OsLEA3-1和OsPM1在转基因植株中的相对表达水平明显上升,可能是受ONAC045调控的下游基因。我们的结果显示ONAC045是一个参与水稻非生物胁迫反应通路的转录因子,作为提高水稻茁期逆境耐受性的候选基因在作物遗传改良中具有潜在的应用价值。
丙酮酸脱羧酶(PDC)是乙醇发酵代谢途径中的关键酶,已报道的对水稻PDC的研究主要集中在缺氧胁迫反应领域,而近年来的分子生物学研究进展表明乙醇发酵途径也参与了其他胁迫反应与生长发育调控,因此本研究对水稻PDC基因家族进行了全面系统的分析。水稻PDC基因家族由5个成员组成,彼此之间的序列非常保守,根据进化关系可分为3组。表达模式分析显示OsPDC2和OsPDC5在水稻各组织中组成型表达,OsPDC3在花粉中特异表达,OsPDC1和OsPDC4受胁迫诱导表达。在不同胁迫处理条件下各个PDC基因表现出不同的诱导表达模式,而总体的PDC转录本丰度在胁迫条件下均呈上升趋势。对OsPDC3基因进行了初步的功能研究,GUS染色分析证实OsPDC3的启动子具有花粉特异表达活性。在超量表达OsPDC3的转基因植株叶片中检测出更高的PDC酶活性,证实OsPDC3蛋白在体内具有活性功能。通过构建反义抑制载体下调了OsPDC3在花粉中的表达水平,但转基因植株花粉的离体萌发率没有产生明显变化,这可能是由于PDC基因之间的冗余性造成的,PDC基因的功能还需要进一步研究。