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文献解读

集思慧远客户发表《番茄SlbZIP1转录因子对盐和干旱胁迫处理的调控作用》

发布日期:2019-03-17 浏览次数:207

  碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子是植物中ABA介导的胁迫响应过程中重要的调控因子。但是当前对番茄中bZIP家族中大多数成员的功能描述的不少很清楚。本研究重点分析了番茄在盐和干旱胁迫下SlbZIP1的分子功能,在SlbZIP1沉默的转基因番茄中发现多个和ABA生物合成以及信号转导相关的基因表达都显著下调。胁迫实验中通过比较转基因与野生型植株的多种生理指标(ABA、MDA(丙二醛)、叶绿素含量、CAT(过氧化氢酶)活性)发现,转基因植株对盐和干旱胁迫的耐受力显著降低。此外,转基因植株的转录组数据结果表明多种响应生物和非生物胁迫的基因都显著下调,表明SlbZIP1在调控生物和非生物胁迫相关基因过程中具有重要的作用。


  材料方法

  野生型番茄:Solanum lycopersicom Mill. cv.Ailsa Craig,SlbZIP1干扰转基因植株:T3代;盆栽生长35天,选择长势一致;

  处理:1 g L- 1 Murashige and Skoog营养液(每周一次),对照:不处理;叶片、根收集(1,3,6,12,24,48,72h),每个处理每个时间点各3个生物学重复,每个处理21个植株;冷、热胁迫处理:植物被挖出、清理掉土壤,4、40℃干燥滤纸上


  氧化胁迫:植株喷洒10 mM H2O2;激素处理:植株喷洒0.1mM ABA,ACC,GA3,IAA及2 mM SA,25±1℃,1,3,6,12,24,48,72h分别取叶片。

  qRT-PCR:CFX96™ Real-Time System,内参:CAC,EF1α。

  RNA-seq:8周的WT,转基因植株,400mM NaCl处理24h(各6植株,叶片混样),Illumina HiSeq 2500 PE150,各37M reads。

  ABA实验:100 μM ABA,25±1℃,2h,ABA定量:HPLC。

  盐胁迫、干旱胁迫实验:400 mM NaCl (200 mL) 、20% PEG6000 (200 mL) /72 h,处理5天,计算幸存率(健康绿色的叶片视为幸存)。


  研究结果

  1、野生和成熟转基因植株SlbZIP1表达量比较



  a.野生番茄不同组织及果实不同发育时期SlbZIP1的相对表达量;在根、成熟叶片和萼片中表达丰度相对较高。b.野生番茄(AC)与不成熟转基因番茄(Nr)、成熟转基因番茄果实不同发育时期SlbZIP1的相对表达量;总体差异不显著,表明SlbZIP1的表达在SlbZIP1干扰转基因植株中不是由单个位点控制的。


  2、多种非生物胁迫和激素处理后SlbZIP1表达量分析


  在盐、脱水、冷、热和H2O2处理条件下(0,1,3,6,12,24,48,72h)SlbZIP1的相对表达量



  在不同激素处理条件下(0,1,3,6,12,24,48,72h)SlbZIP1的相对表达量;

  这些结果表明:SlbZIP1可能调控与非生物胁迫、激素处理相关基因的表达。

  3、SlbZIP1沉默降低了ABA生物合成和信号转导相关基因


  a.野生型和三个SlbZIP1干扰转基因植株的SlbZIP1相对表达量(转基因植株显著下调)b.两个和ABA生物合成相关基因,ABA处理和空白对照条件下野生型和三个SlbZIP1干扰转基因植株的相对表达量(转基因植株和野生型之间SlNCED1,SlNCED2在外施ABA后都显著下调表达)



  c.和ABA信号转导相关基因ABA处理和空白对照条件下野生型和三个转基因植株的相对表达量(ABA处理后有上调、下调及没有差异的类型)

  d.两个(ABA响应元件结合因子)基因,在ABA处理后转基因植株中同样表现出下调表达


  4、SlbZIP1沉默降低了植株的耐盐和耐旱力

  野生和转基因植株在盐处理(0d,8d,16d)植株生长状态

  野生植株的存活率显著高于转基因植株,ABA含量、叶绿素含量、过氧化氢酶活性在野生植物中更高,丙二醛含量在转基因植株中含量更高;


  野生和转基因植株在干旱处理(0d,10d,20d)植株生长状态


  野生植株的存活率显著高于转基因植株,叶绿素含量(20d)、过氧化氢酶活性(10d)在野生植物中更高,丙二醛含量在转基因植株中含量更高;

  这些结果表明SlbZIP1在番茄盐胁迫和干旱胁迫下具有重要的调控作用。

  5、盐胁迫处理下野生和转基因植株差异基因分析



  野生—转基因材料间差异表达基因395个(FC≥2),超过50个基因是和生物或非生物胁迫相关




  挑选了9个盐胁迫处理下,野生和转基因材料间差异表达的基因进行qRT-PCR验证,其中7个表现都是符合RNA-seq结果。


  研究亮点

  1、本文探究了番茄的碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子SlbZIP1在多种非生物胁迫条件下的分子功能。利用SlbZIP1-RNAi转基因植株的3个T3株系和WT进行各种非生物胁迫处理,并针对已知和非生物胁迫相关的功能基因进行不同处理间表达量的分析,结果表明SlbZIP1参与调控多种胁迫相关通路途径。

  2、文章重点对转基因植株-野生型在盐胁迫、干旱胁迫处理下的形态学和各种生理指标进行观察测定,发现SlbZIP1在植株响应盐和干旱处理条件时具有重要的调控作用。

  3、针对盐胁迫处理下的转基因植株-野生型进行RNA-seq分析,鉴定到395个差异表达基因,其中超过50个是和生物或非生物胁迫相关的。并结合qRT-PCR对测序结果进行验证,结果符合盐胁迫生理实验(SlbZIP1参与多个响应胁迫处理途径)。


  参考文献

  Basic leucine zipper transcription factor SlbZIP1 mediates salt and drought stress tolerance in tomato[J].BMC plant biology.2018.IF=3.964