《植物適應逆境中轉錄調控的分子進化機制》是依託復旦大學，由馬紅擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：植物適應逆境中轉錄調控的分子進化機制
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：馬紅
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
非生物脅迫（如乾旱、鹽鹼、高溫、寒冷等）是限制植物生長發育的主要因子，植物由於不能移動，在長期的逆境中演化出了一系列適應性機制。其中轉錄因子與順式元件相互作用，調控基因表達起著關鍵作用。當前對植物適應環境中轉錄調控的認識主要體現在擬南芥、水稻等植物的基因功能和轉錄組研究，對其分子進化機制了解甚少。如轉錄因子以及順式元件如何受到選擇壓力的改變而影響基因的表達和功能，以及近緣物種(如擬南芥等)抗逆轉錄調控的保守性和特異性是什麼。本項目在已有基礎上，利用擬南芥及其近緣種琴芥和鹽芥為研究對象，深入剖析基因調控在植物適應環境中的共性與特性：比較同源基因在近緣種中的作用；了解編碼區序列的差異及其影響；分析表達調控的作用與演化；確定關鍵基因功能的演化。本項目實施有望明確植物適應環境中轉錄調控關鍵基因和順式元件的保守性與特異性，揭示植物適應環境的分子進化機制，為作物適應逆境的遺傳改良提供理論基礎。
結題摘要
植物不能移動而演化出了適應多種環境的複雜調控機制，其中轉錄調控極其重要，特別是轉錄因子與順式元件相互作用，調控基因表達。表觀遺傳因子通過修飾DNA和組蛋白而影響基因表達。本項目內容包括利用擬南芥及其近緣種琴芥和鹽芥，深入剖析基因調控在植物適應環境中的共性與特性；比較同源基因在不同植物中的作用；了解編碼區序列的差異及影響；分析表達調控的作用與演化。根據項目的設計，我們順利完成了各項內容，並在前期基礎上，適當增加了相關內容。 我們選擇了包含模式植物擬南芥的十字花科研究調控基因家族的分子進化和表達模式，包括AP2，bZIP，bHLH，MYB，NAC，WRKY，MADS等家族，Rhomboid酶家族, 和SET甲基化酶家族等。 其中Rhomboid和SET基因家族研究工作已經分別發表在New Phytologist和BMC Evo Bio上。 對擬南芥和鹽芥的進行鹽處理分析其轉錄組，擬南芥中47%的AP2被上調，鹽芥中有30%，其次是MYB，WRKY，NAC，bZIP，它們大概有20%的基因在鹽處理下發現顯著性變化，而Rhomboid，SET和JmjC基因很少被上調。利用1218個可能與脅迫相關的順式元件，對各個基因組分析，兩個順式元件在鹽芥中比擬南芥中多。對前30個順式元件進行分析，這些顯著富集於脅迫相關基因上游，特別的是AP2和NAC中分別有16和17個基因富集這些順式元件，其次是bZIP和WRKY。擬南芥AP2家族受鹽誘導表達上調的前20個基因，與16個富集順式元件的AP2基因比較，有7個基因重合，分別是CBF1/2/4，CRF6，ERF11，RAP2.6和ORA47。AP2在脅迫處理下被上調以及富集順式元件，表明AP2家族可能在植物適應逆境中起著重要的作用。對bHLH家族中的DYT1與bHLH010/089/091四個基因進行了詳細分析。序列分析顯示091快速進化，可能與環境適應相關。突變體表型支持序列結果，010/089的缺陷表型要強於089/091，表明在三個基因中，010與089的功能可能更接近於祖先基因，而091則可能獲得了新的調控功能，在環境適應方面有作用。 另外，我們對被子植物系統關係進行了研究，相關工作發表在Nature Commun上。對等位基因的多態性方法進行了擴展，相關論文發表在PNAS。
