截型苜蓿MtCBF4提高植物耐冷性和促進結瘤的分子機制研究

《截型苜蓿MtCBF4提高植物耐冷性和促進結瘤的分子機制研究》是依託中國農業大學，由董江麗擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：截型苜蓿MtCBF4提高植物耐冷性和促進結瘤的分子機制研究
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：董江麗
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本實驗室前期研究結果表明，MtCBF4正向調節截型苜蓿耐冷和結瘤固氮兩個生物學過程，並通過EMSA和ChIP確定了MtCAS15是MtCBF4的一個直接正調控靶基因。在此基礎上，本課題擬挖掘MtCBF4的上、下游基因，深入研究其提高植物耐冷性和促進結瘤的分子機制。主要研究內容包括：通過分別篩選截型苜蓿冷脅迫和根瘤兩個酵母單雜交cDNA文庫，尋找MtCBF4上游轉錄因子；通過ChIP-Seq技術高通量篩選MtCBF4下游靶基因。進一步通過EMSA、ChIP、截型苜蓿瞬時轉化系統、截型苜蓿穩定轉化系統、螢光定量PCR等體外、體內實驗確證MtCBF4上、下游關鍵基因的功能。綜合以上研究結果，解析MtCBF4提高植物耐冷性和促進結瘤的分子調控路徑，並結合MtCBF4及其兩條通路的上游關鍵基因對乙烯、細胞分裂素等激素的回響，探討這兩條路徑的交叉點。本課題的研究結果對豆科植物抗逆優質育種具有重要價值。

結題摘要

本項目結合高通量技術RNA-seq、篩選酵母雙雜文庫、酵母單雜文庫和EMSA、ChIP等實驗驗證，獲得了調控MtCBF4的上游轉錄因子MtMYB3和MtMYB61，明確了MtCBF4下游靶基因MTCAS15，提出了MtCBF4參與冷馴化的工作模型。在室溫情況下，MtMYB3抑制MtCBF4基因的表達，當植物感受低溫之後,上調錶達的MtMYB61與MtMYB3互作解除了MtMYB3對MtCBF4的轉錄抑制，表達積累的MtCBF4直接激活MtCAS15並上調其他冷脅迫相關基因的表達，提高植物對冷脅迫的耐受能力。相關研究成果發表在Plant Physiology（2016）。本研究成果首次闡明了一條由兩個MYB類轉錄因子通過互作精細調控CBF基因表達的信號通路，為豆科植物的抗冷育種提供了理論基礎。 本項目還篩選出了冷脅迫下調控MtCBF4的另一個轉錄因子MtNAC3，在截形苜蓿中過表達黃花苜蓿MfNAC3在冷馴化和非冷馴化條件下都可以顯著提高截型苜蓿對冷的耐受能力，相關研究成果發表在Environmental and Experimental Botany（2016），本實驗結果具有重要套用價值。 本項目還篩選出結瘤固氮通路中MtCBF4的上游轉錄因子MtWRKY76，過表達MtWRKY76轉基因植株結瘤數目顯著提高，wrky76-TALEN敲除株繫結瘤數目顯著下降，並且MtWRKY76正調控結瘤相關基因NSP1、NSP2、NIN以及EFD的表達，研究結果表明MtWRKY76和MtCBF4參與結瘤固氮的自調節途徑。相關研究結果發表在Environmental and Experimental Botany（2016）。分別過表達MtCBF4和MtWRKY76都能夠提高苜蓿的抗逆性和促進結瘤，說明MtCBF4和MtWRKY76都是多功能轉錄因子，具有重要的育種價值。