生物鐘和ABA信號共同調控植物環境適應性的分子機制

《生物鐘和ABA信號共同調控植物環境適應性的分子機制》是依託河北師範大學，由徐小冬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：生物鐘和ABA信號共同調控植物環境適應性的分子機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐小冬
• 依託單位：河北師範大學

項目摘要

最新研究表明生物鐘使得植物抗性呈周期性變化，對於植物與環境適應性至關重要。而脫落酸(Abscisic acid)信號也廣泛參與了非生物性和生物性脅迫的信號轉導。已發表的相關文獻和本課題初步研究結果都表明生物鐘和ABA信號網路之間存在明顯的應答調控關係（Crosstalk）。諸多參與ABA合成、感受和下游信號轉導途經的基因同時受到生物鐘和脅迫雙重調控。本課題力圖揭示ABA-生物鐘-逆境脅迫三重調控機制。首先利用生物鐘和ABA相關突變體以及系統生物學預測並篩選得到的新的突變體（受脅迫信號和生物鐘調控，同時負反饋調控生物節律），採用受ABA-生物鐘-脅迫三重誘導的啟動子驅動的螢光素酶報告基因等相關研究方法，力圖從兩方面研究ABA和生物鐘應答反應的分子機理和生物學意義：一、生物鐘調控ABA合成和感受的機制及其生物學意義，二、生物鐘與ABA兩個信號網路如何協同調節植物對環境的適應性。

結題摘要

生物鐘通過調控基因表達、蛋白活性、生理髮育等多層次的周期節律性輸出，使得植物體的生長過程與環境中多種信號的周期性變化同步，進而廣泛參與到植物體的環境適應性調節中。該課題試圖從分子機制上揭示生物鐘與ABA信號共同調控植物逆境回響的作用機理，主要研究內容包括：生物鐘感受ABA信號的機制；以及生物鐘與ABA兩個信號網路如何協同調節植物對環境的適應性。 課題組的主要研究進展總結如下：1、生物鐘回響植物激素ABA信號的調節：我們發現0.5-10 M ABA均可顯著延長晝夜節律性振盪的周期0.5小時以上，相位回響曲線分析結果表明，植株的周期節律表型在夜間（ZT21）和清晨（ZT0）兩個時間點對外源ABA激素處理最敏感；2、ABA信號通路中的轉錄因子XMK4, XMK6參與周期節律調節，以及生物鐘基因 TOC1, PRR5, ELF4轉錄水平調控；3、ABA信號通路的下游作用組分SA9, SA68參與生物鐘輸出途徑（如，24小時周期節律、開花時間）表型調節；4、SA9, SA68在夜間參與植物回響凍害脅迫的調控過程；5、轉錄組測序結果表明，細胞核定位的SA9, SA68在夜間抑制低溫回響基因（COR15A, CBF1, CBF3, RD29A等）和生物鐘基因（ELF4, PRR5等）的表達；6、SA68與生物鐘核心組分PRR9, PRR7共同參與生物鐘系統的溫度補償調控；7、生物鐘蛋白CCA1通過直接結合SA9, SA68基因啟動子區的EE元件調控其轉錄過程，但該結合能力在4C低溫條件下的受到抑制。 上述研究結果初步解析了生物鐘系統與ABA信號通路共同調節植物逆境脅迫回響的分子機理，提出生物鐘參與植物夜間低溫回響的多重“轉錄-翻譯反饋環路”模型。課題研究成果對於闡明生物鐘系統與ABA信號網路相互應答，二者協同參與植物的環境適應性調控，尤其是對植物在夜間回響低溫的分子作用機制的揭示具有重要理論意義。