水稻MAPK磷酸酶OsIBR5參與非生物脅迫應答及其機理研究

《水稻MAPK磷酸酶OsIBR5參與非生物脅迫應答及其機理研究》是依託中山大學，由馮冬茹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MAPK磷酸酶OsIBR5參與非生物脅迫應答及其機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：馮冬茹
• 依託單位：中山大學

中文摘要

MAPK磷酸酶（MKPs）能夠與促分裂原活化蛋白激酶（MAPKs）互作並使其失活，從而參與不同非生物脅迫信號應答。我們前期發現一個水稻MKP（OsIBR5）可以受非生物脅迫（如PEG等）誘導短暫上調錶達；其過表達轉基因菸草表現為耐旱性下降。有趣的是，OsIBR5可與菸草MAPK（WIPK）互作並在體內降低其活性，並可能抑制氣孔關閉。此外，OsIBR5還可與多個水稻MAPKs發生互作。.本項目擬在深入了解OsIBR5對非生物脅迫應答模式的基礎上，充分利用水稻轉基因植株，分析其在非生物脅迫下的生理功能；繼而通過檢測OsIBR5及其互作OsMAPKs的體內和體外酶活，揭示非生物脅迫下游信號分子對OsMAPKs活性的影響；並採用基因晶片分析OsIBR5影響的基因，探討其可能參與的信號途徑。本項目的研究將有助於深入理解水稻MKPs在非生物脅迫應答中的作用及其調控途徑，具有重要的理論意義與套用前景。

結題摘要

促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)屬於絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，通過MAPK級聯途徑參與植物的逆境回響。MAPK磷酸酶（MKPs）則是一類特殊的雙特異性磷酸酶，能與MAPKs互作並影響其活力，從而在植物對不同逆境脅迫的信號應答中發揮作用，具有重要的生物學意義。 本項目在了解OsIBR5對非生物脅迫的應答模式基礎上，充分利用轉基因植株及水稻原生質體，深入分析其在逆境脅迫下的生理功能；並通過檢測與OsIBR5互相作用的MAPKs激酶活性，探尋乾旱脅迫相關下游信號分子作用機制，進一步通過篩查與OsIBR5互作的OsMAPKs以揭示其可能涉及的逆境信號途徑。取得如下結果： 採用生物信息學方法，通過對不同物種中的MKPs聚類分析和比對分析，發現水稻中一個新的MKP——OsIBR5與擬南芥中AtIBR5同源，均具有保守的雙特異磷酸酶催化結構域。 通過GUS染色和RT-PCR分析OsIBR5的時空表達模式，檢測到OsIBR5主要在水稻的幼嫩組織中表達，如愈傷組織、幼根、幼葉和幼嫩胚芽鞘，而在成熟組織中OsIBR5則幾乎不表達。利用Real-Time PCR分析OsIBR5在不同逆境脅迫誘導下的表達量，結果顯示在H2O2、ABA 和PEG誘導下OsIBR5的表達量均被短暫誘導上調，說明該基因可能涉及對逆境脅迫的應答。 利用轉基因技術獲得OsIBR5過表達植株，在逆境脅迫（特別是乾旱脅迫）下其耐受性下降。乾旱逆境下，過表達OsIBR5可抑制氣孔的關閉。在施加不同濃度外源ABA的條件下誘導氣孔關閉和抑制氣孔開放，而過表達OsIBR5菸草植株都表現出對ABA不敏感。而且，OsIBR5可與菸草的多個MAPK（WIPK）互作並使其體內活性降低，提示可能由此抑制轉基因菸草的氣孔關閉。 另外，通過酵母雙雜和雙分子螢光互補方法，檢測到OsIBR5不僅能夠與NtSIPK和NtWIPK發生物理互作，還能夠與水稻MAPKs發生互作，而且擬南芥同源基因AtIBR5也能夠與水稻MAPKs互作，提示OsIBR5可能參與多種MAPKs信號通路的調節，並且發現OsIBR5的C端非催化結構域是與MAPKs互作的主要區域。揭示了OsIBR5在水稻逆境脅迫應答途徑及水稻MAPK信號途徑中的作用，為理解水稻中MKPs與MAPKs互作網路打下基礎，具有重