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水稻团队揭示水稻复杂而精巧的抗旱调控新机制

信息来源:作物遗传改良国家重点实验室    发布时间:2016-08-03
 

2016728日,植物科学领域研究类顶级期刊《THE PLANT CELL》在线发表了我室水稻团队熊立仲教授课题组的学术论文“MODD mediates deactivation and degradation of OsbZIP46 to negatively regulate ABA signaling and drought resistance in rice”,文章揭示了水稻精细调控干旱应答的新机制,对于阐明植物抗旱分子机理和促进植物抗旱遗传改良具有重要意义。熊立仲教授为该论文通讯作者,唐宁博士和马斯琦博士生为共同第一作者。

水稻是重要的粮食作物之一,与我们的生活息息相关。近年来,随着全球气温变暖,淡水资源匮乏,怎样利用有效的资源获得最大的粮食产出成为我们亟待解决的问题。探究水稻抗旱分子机制一直是水稻团队熊立仲教授课题组的重点研究方向。由于植物不能像动物一样可以自由行动来趋利避害,所以植物必须通过复杂而精细的调控网络来适应逆境胁迫。脱落酸(ABA)作为一种逆境响应激素,在植物与逆境抗争中起到了举足轻重的作用。该课题组前期鉴定了两个同源的转录调控因子(OsbZIP23OsbZIP46)在促进ABA信号传导和抗旱性方面的重要功能,相关结果发表在《Plant Physiology》(Xiang et al., 2008; Tang et al., 2012)。其中,OsbZIP46的抗旱功能受到自身含有的一个结构域(编号为D)的强烈抑制,OsbZIP46D结构域被删除后才能显著提高水稻的抗旱性,该现象引起了研究人员的极大兴趣。

研究人员深入研究发现了一个可以与D结构域直接互作的蛋白MODD,该蛋白在ABA信号传导和干旱应答中扮演着重要作用:MODD负调控ABA信号传导与抗旱性,呈现与OsbZIP46相反的功能。经过深入的分子机理研究,研究人员兴奋地发现,MODDD结构域结合后可以进一步招募不同的蛋白来分别调控染色质修饰和蛋白泛素化,从而实现对OsbZIP46的活性和蛋白稳定性的双重抑制。这一发现揭示了水稻干旱应答的一个精巧的调控模式:在遭遇干旱胁迫时,水稻大量诱导并激活正调控因子OsbZIP46,促进干旱应答;在干旱胁迫末期以及恢复期,负调控因子MODD的表达量增加并双重抑制OsbZIP46的活性和稳定性,从而减弱或消除干旱应答并将其控制在合理程度,以实现干旱应答与其他生理进程的平衡。该研究揭示了水稻通过精细调控正负调节因子之间的拮抗作用,来实现高效合理的干旱应答的新机制。

此外,620日, Plant Physiology杂志发表了该课题组关于OsbZIP23作用机理的研究进展,宗伟博士生为论文第一作者。通过全基因组的靶基因检测,研究人员找到了OsbZIP23在干旱胁迫条件下结合的1471个基因,其中有众多已报道在抗旱方面发挥重要功能的基因。特别有意思的是,OsbZIP23还可以调控ABA信号通路上游的蛋白磷酸酶和ABA合成酶类基因从而反馈调控ABA的信号传导和生物合成。此项研究深入完善了水稻抗旱调控机制,为后续水稻抗旱遗传改良提供了新思路。

链接1. http://www.plantcell.org/content/early/2016/07/29/tpc.16.00171.abstrac

链接2. http://www.plantphysiol.org/content/early/2016/06/20/pp.16.00469.abstract

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