VaNAC26调控葡萄抗旱性的机理研究

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葡萄属(Vitis L.)是世界上最重要的果树作物之一,环境胁迫严重影响其果实产量与品质。我国葡萄主产区冬季低温干旱,而主栽品种抗寒旱能力较差需埋土越冬,大幅度增加了生产成本,因此提高葡萄抗寒早性具有重要意义。研究表明,植物中NAC转录因子可响应环境胁迫,并可调控植物对环境胁迫的抗性。本研究以抗寒旱性强的山葡萄(Vitis amurensis)和抗寒早性较弱的‘玫瑰香’(Vitisvinifera‘Muscat Hamburg’)为试材,分别克隆了NAC转录因子基因VaNAC26和VvNAC26。通过异源表达研究了VaNAC26在抗逆方面的功能及其下游调控机制。此外,本研究还鉴定了VaNAC26的互作蛋白,并对VaNAC26和VvNAC26干旱应答差异的成因进行了分析,以期全面揭示VaNAC26调控葡萄抗旱性的分子机理。取得的主要研究结果如下:  1.对葡萄响应低温、干旱和高盐胁迫公共芯片分析中发现,NAC26基因在所有NAC基因中上调倍数最大。NAC26与拟南芥AtNAP为同源蛋白,并定位于细胞核。VaNAC26和VvNAC26表达量在不同非生物胁迫下均有一定程度上调,但在干旱胁迫下VaNAC26的上调倍数高于VvNAC26,且上调速度快于VvNAC26。  2.拟南芥中过表达VaNAC26可显著提高植物抗旱性和抗盐性。VaNAC26基因在干旱情况下可保护植物细胞膜和光合系统的稳定性。过表达VaNAC26可提高植物在干旱情况下活性氧(ROS)清除系统活性,转基因植株的ROS清除酶(SOD,POD)活性显著上升而ROS(H2O2,O2-)含量降低。Microarray芯片显示过表达VaNAC26植株中大量与茉莉酸(JA)生物合成与信号通路相关基因上调表达,而转基因植株在正常状态下(OE2/3)的内源JA含量显著高于野生型,说明VaNAC26可能通过提高JA生物合成来调控植物抗旱性。  3.利用酵母双杂交技术证明VaNAC26具有转录自激活活性,且转录激活核心区域为蛋白C末端48 aa区域。利用酵母双杂交和双分子荧光互补技术均证明VaNAC26不仅可与VaNAC17发生互作形成异源二聚体,还可与VaNAC26形成同源二聚体。过表达VaNAC17拟南芥同样可显著提高植物抗旱性,表明这种互作方式在植物抗旱调控中发挥重要作用。  4.分别在山葡萄和‘玫瑰香’中克隆了VaNAC26和VvNAC26的启动子区序列。VaNAC26启动子相较于VvNAC26启动子存在一个86bp片段插入,而这种差异在山葡萄种和欧亚种中具有种间特异性。VaNAC26启动子在正常状态和干旱胁迫下的活性均显著高于VvNAC26启动子,而VaNAC26启动子在插入片段中存在抗逆相关TC-Rich repeats元件,这些结果解释了VaNAC26和VvNAC26在干旱应答上的差异,并推测NA C26基因可能是影响葡萄抗旱能力的重要基因。
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