水稻缺鐵回響相關bHLH轉錄因子的調控機制研究

《水稻缺鐵回響相關bHLH轉錄因子的調控機制研究》是依託浙江大學，由應穎慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水稻缺鐵回響相關bHLH轉錄因子的調控機制研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：應穎慧
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

鐵是水稻生長和民眾健康必需的一種微量元素。研究水稻缺鐵逆境脅迫回響的分子機制，可豐富植物鐵吸收、代謝與平衡信號調控網路的理論基礎，並指導富鐵水稻品種的培育。本項目擬深入研究水稻鐵信號相關bHLH轉錄因子OsIRO3、OsbHLH133、OsbHLH-IR3和OsbHLH-IR4的互作蛋白和下游調控基因，構建水稻鐵信號調控網路。研究內容主要包括：（1）系統研究功能未知的轉錄因子OsbHLH-IR3和OsbHLH-IR4在水稻鐵吸收代謝中的功能，以及OsIRO3與OsbHLH-IR4的互作在水稻鐵信號的調控機制。（2）利用免疫共沉澱與液相串聯質譜鑑定技術、雙分子螢光互補和酵母雙雜等手段，分離驗證上述四個轉錄因子的可能互作蛋白，並明確其作用機制。（3）在上述兩項研究結果的基礎上，利用染色質免疫沉澱及高通量測序技術，分離鑑定這些轉錄因子直接或間接調控的下游基因。（4）最後利用生物信息學方法進行數據的整合分析，建立鐵信號調控機制的互作網路。

結題摘要

鐵是水稻生長和民眾健康必需的一種微量元素。研究水稻在缺鐵逆境中鐵吸收與鐵穩態的分子調控機制，可作為指導培育富鐵水稻品種的理論基礎。本項目對幾個水稻中缺鐵回響相關的bHLH轉錄因子OsbHLH-IR3、OsIRO3和OsbHLH-IR4的基因功能進行了探究。OsbHLH-IR3是植物缺鐵回響核心調控因子FIT在水稻中的同源基因，僅在根中受缺鐵誘導，蛋白定位在植物細胞核中。bhlh-ir3突變體在缺鐵環境下表現為超敏表型，如葉片失綠髮黃、生長受抑制及植株中鐵含量低於野生型。通過RNA-Seq分析bhlh-ir3中轉錄組的變化情況，發現其在缺鐵條件下與野生型相比發生了非常大的轉錄組表達模式的改變。其中有259個基因在野生型中受缺鐵誘導但在bhlh-ir3中與野生型相比被抑制；而有62個基因則相反，在野生型中受缺鐵抑制但在bhlh-ir3中表達上調。進一步研究發現大部分編碼鐵吸收機制II 相關蛋白的基因在bhlh-ir3中的缺鐵誘導被顯著抑制。綜上所述，OsbHLH-IR3轉錄因子是通過調控水稻基於機制II的鐵吸收來正向調節鐵穩態。另一方面，OsIRO3在葉片和根中均受缺鐵強烈誘導，而OsbHLH-IR4僅在根中受缺鐵微弱誘導。初步表型分析顯示OsIRO3的過量表達或功能缺失，以及bhlh-ir4突變都能引起植株對缺鐵較為敏感。通過酵母雙雜、雙分子螢光互補以及免疫共沉澱等試驗，可證實OsIRO3和OsbHLH-IR4在水稻細胞內發生蛋白互作；可能作為植物細胞內鐵濃度感受器的E3連線酶OsHRZ1/2也可與這兩個轉錄因子結合；另外OsbHLH-IR4還可與OsIRO3的上游調控因子OsbHLH060形成異源二聚體。這些結果暗示OsIRO3和OsbHLH-IR4互作在水稻缺鐵信號調控中具有一定功能，但還需要進行更加深入和細緻的研究來明確其調控機制。本項目的研究成果補充完善了水稻鐵吸收和鐵穩態的分子調控網路。