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文獻解讀

集思慧遠客戶發表《番茄SlbZIP1轉錄因子對鹽和干旱脅迫處理的調控作用》

FABURIQI:2019-03-17 LIULANCISHU:520

  堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)轉錄因子是植物中ABA介導的脅迫響應過程中重要的調控因子。但是當前對番茄中bZIP家族中大多數成員的功能描述的不少很清楚。本研究重點分析了番茄在鹽和干旱脅迫下SlbZIP1的分子功能,在SlbZIP1沉默的轉基因番茄中發現多個和ABA生物合成以及信號轉導相關的基因表達都顯著下調。脅迫實驗中通過比較轉基因與野生型植株的多種生理指標(ABA、MDA(丙二醛)、葉綠素含量、CAT(過氧化氫酶)活性)發現,轉基因植株對鹽和干旱脅迫的耐受力顯著降低。此外,轉基因植株的轉錄組數據結果表明多種響應生物和非生物脅迫的基因都顯著下調,表明SlbZIP1在調控生物和非生物脅迫相關基因過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干擾轉基因植株:T3代;盆栽生長35天,選擇長勢一致;

  處理:1 g L- 1 Murashige and Skoog營養液(每周一次),對照:不處理;葉片、根收集(1,3,6,12,24,48,72h),每個處理每個時間點各3個生物學重復,每個處理21個植株;冷、熱脅迫處理:植物被挖出、清理掉土壤,4、40℃干燥濾紙上


  氧化脅迫:植株噴灑10 mM H2O2;激素處理:植株噴灑0.1mM ABA,ACC,GA3,IAA及2 mM SA,25±1℃,1,3,6,12,24,48,72h分別取葉片。

  qRT-PCR:CFX96? Real-Time System,內參:CAC,EF1α。

  RNA-seq:8周的WT,轉基因植株,400mM NaCl處理24h(各6植株,葉片混樣),Illumina HiSeq 2500 PE150,各37M reads。

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

  鹽脅迫、干旱脅迫實驗:400 mM NaCl (200 mL) 、20% PEG6000 (200 mL) /72 h,處理5天,計算幸存率(健康綠色的葉片視為幸存)。


  研究結果

  1、野生和成熟轉基因植株SlbZIP1表達量比較



  a.野生番茄不同組織及果實不同發育時期SlbZIP1的相對表達量;在根、成熟葉片和萼片中表達豐度相對較高。b.野生番茄(AC)與不成熟轉基因番茄(Nr)、成熟轉基因番茄果實不同發育時期SlbZIP1的相對表達量;總體差異不顯著,表明SlbZIP1的表達在SlbZIP1干擾轉基因植株中不是由單個位點控制的。


  2、多種非生物脅迫和激素處理后SlbZIP1表達量分析


  在鹽、脫水、冷、熱和H2O2處理條件下(0,1,3,6,12,24,48,72h)SlbZIP1的相對表達量



  在不同激素處理條件下(0,1,3,6,12,24,48,72h)SlbZIP1的相對表達量;

  這些結果表明:SlbZIP1可能調控與非生物脅迫、激素處理相關基因的表達。

  3、SlbZIP1沉默降低了ABA生物合成和信號轉導相關基因


  a.野生型和三個SlbZIP1干擾轉基因植株的SlbZIP1相對表達量(轉基因植株顯著下調)b.兩個和ABA生物合成相關基因,ABA處理和空白對照條件下野生型和三個SlbZIP1干擾轉基因植株的相對表達量(轉基因植株和野生型之間SlNCED1,SlNCED2在外施ABA后都顯著下調表達)



  c.和ABA信號轉導相關基因ABA處理和空白對照條件下野生型和三個轉基因植株的相對表達量(ABA處理后有上調、下調及沒有差異的類型)

  d.兩個(ABA響應元件結合因子)基因,在ABA處理后轉基因植株中同樣表現出下調表達


  4、SlbZIP1沉默降低了植株的耐鹽和耐旱力

  野生和轉基因植株在鹽處理(0d,8d,16d)植株生長狀態

  野生植株的存活率顯著高于轉基因植株,ABA含量、葉綠素含量、過氧化氫酶活性在野生植物中更高,丙二醛含量在轉基因植株中含量更高;


  野生和轉基因植株在干旱處理(0d,10d,20d)植株生長狀態


  野生植株的存活率顯著高于轉基因植株,葉綠素含量(20d)、過氧化氫酶活性(10d)在野生植物中更高,丙二醛含量在轉基因植株中含量更高;

  這些結果表明SlbZIP1在番茄鹽脅迫和干旱脅迫下具有重要的調控作用。

  5、鹽脅迫處理下野生和轉基因植株差異基因分析



  野生—轉基因材料間差異表達基因395個(FC≥2),超過50個基因是和生物或非生物脅迫相關




  挑選了9個鹽脅迫處理下,野生和轉基因材料間差異表達的基因進行qRT-PCR驗證,其中7個表現都是符合RNA-seq結果。


  研究亮點

  1、本文探究了番茄的堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)轉錄因子SlbZIP1在多種非生物脅迫條件下的分子功能。利用SlbZIP1-RNAi轉基因植株的3個T3株系和WT進行各種非生物脅迫處理,并針對已知和非生物脅迫相關的功能基因進行不同處理間表達量的分析,結果表明SlbZIP1參與調控多種脅迫相關通路途徑。

  2、文章重點對轉基因植株-野生型在鹽脅迫、干旱脅迫處理下的形態學和各種生理指標進行觀察測定,發現SlbZIP1在植株響應鹽和干旱處理條件時具有重要的調控作用。

  3、針對鹽脅迫處理下的轉基因植株-野生型進行RNA-seq分析,鑒定到395個差異表達基因,其中超過50個是和生物或非生物脅迫相關的。并結合qRT-PCR對測序結果進行驗證,結果符合鹽脅迫生理實驗(SlbZIP1參與多個響應脅迫處理途徑)。


  參考文獻

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