《熱激轉錄因子HSF調控種子耐脫水性獲得的機理研究》是依託北京林業大學，由汪曉峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：熱激轉錄因子HSF調控種子耐脫水性獲得的機理研究
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：汪曉峰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
種子耐脫水性對於種子貯藏和種質資源的保存具有重要意義。由於棉子糖系列寡糖（RFOs）的累積及消失與種子耐脫水性的消長模式一致，所以推測它們與種子的耐脫水性和耐貯性有關。但是目前對RFOs生物合成途徑中的關鍵調控酶GS基因在種子耐脫水性獲得過程中的表達調控機制仍缺乏深入的研究。本實驗以已得到的油菜BnGOLS-1基因啟動子序列為基礎，克隆獲得可調控GS基因表達的熱激轉錄因子HSF成員基因；通過農桿菌介導的轉化方法獲得相應HSF基因過表達及RNAi的轉基因植株；分析轉基因植株種子脫水耐性的變化；研究HSF的表達對種子脫水耐性獲得的影響，闡明氧化信號在脫水耐性獲得過程中的轉導機理，揭示HSF對RFOs積累以及種子脫水耐性獲得的調控途徑與模式。研究結果將為種質資源保存提供新的技術方法和理論依據。
結題摘要
脫水耐性是種子抵禦外界脫水脅迫的一種重要特性，對種子的貯藏和種質資源的保存具有重要意義，但目前對種子脫水耐性的機理研究尚不透徹。大量研究表明，棉子糖系列寡糖對種子脫水耐性具有重要的生理意義，前期實驗克隆得到了油菜肌醇半乳糖苷合成酶基因BnGolS1的啟動子序列，並通過GUS組織化學染色實驗證明了其啟動子活性。以此為切入點，分析發現BnGolS1啟動子序列上的熱激順式元件（HSE）受到熱激轉錄子BnHSFA4a的調控，且BnHSFA4a基因的表達伴隨著種子脫水耐性的獲得，並先於棉子糖系列寡糖的積累，因此推測BnHSFA4a參與了種子的脫水耐性獲得的生理過程。克隆BnHSFA4a基因，同源比對後發現BnHSFA4a蛋白的一級結構與擬南芥AtHSFA4a具有高度相似性（84%）。構建BnHSFA4a-GFP融合表達載體，游離原生質體進行細胞定位實驗後發現BnHSFA4a定位於細胞核，說明其具有典型的轉錄因子特徵。構建pCAMBIA1301-BnHSFA4a過表達載體，利用花侵染的方法對野生型及athsfa4a突變體擬南芥進行遺傳轉化操作，獲得異源表達BnHFSA4a基因及回復突變的擬南芥株系。生理指標檢測結果表明過表達BnHSFA4a不但能夠提高擬南芥種子對人工老化脅迫的耐性，還能提高種子發育、萌發過程及PEG誘導重建後的脫水耐性，並顯著提高擬南芥種子中肌醇半乳糖苷合成酶基因（AtGolS1，AtGolS2）及棉子糖合成酶基因（AtRS2）的表達量以及下游相應寡糖合成酶的酶活以及寡糖含量。此外，過表達BnHSFA4a還能提高種子內相關抗氧化酶基因及若干抗逆相關基因的表達量，並顯著提升種子內抗氧化酶含量。與之對應，athsfa4a基因突變體種子的耐水性、抗逆能力都明顯弱於野生型種子；athsfa4a/BnHSFA4a回復突變株系具有與野生型株系相似的生理表型。本研究結果表明，熱激轉錄因子BnHSFA4a可能通過直接或間接調控棉子糖系列寡糖代謝通路、抗氧化系統以及其他植物抗逆因子的表達來提高種子的脫水耐性。這一研究結果對種子脫水耐性機理的更深刻闡述提供了深層次的理論依據。
