烟草转录调控因子WRKY基因家族基因功能分析取得进展

2010-11-09 16:03 来源: 中国科学院
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  大量研究工作证实,植物WRKY基因家族的主要生物学功能是调控植物抗病反应及其信号转导途径的建立。WRKY转录调控因子在植物的抗病性方面,如抗病毒、抗细菌、抗机械伤害等方面参与了植物对逆境的应答反应,对高盐、干旱、高温、低温等非生物逆境因子的抗性也具有重要作用,这些对于一生保持原地不动的植物来说具有重要意义,这也可能就是WRKY基因只存在于植物界的原因。WRKY基因调控抗性的过程伴随着一系列基因表达的激活或抑制,比如病害发生相关PR基因家族成员基因的表达被激活等。

  烟草NtWRKY4基因的结构和功能还不太清楚,目前只知道其含有一个864bp的核苷酸序列,该序列编码一个226氨基酸的蛋白质结构,含一个WRKYGQK结构域(AF193771)。中科院西双版纳热带植物园植物分子生物学组的任新军副研究员等试图通过对具有普遍抗性的WRKY基因家族成员的研究,为解开植物抗逆性分子遗传学机理提供依据,为提高作物的抗逆性、为高抗新品种的选育、抗性基因的有效利用等提供基因资源以及技术方法。

  他们的研究首先以分子克隆的方式,构建了双链RNA(dsRNA)高抑制表达载体(RNAi),通过农杆菌介导转化烟草叶肉细胞,再生植株,T2代作为实验材料。

  在形态方面,相对于空载体转基因植株,高抑制转基因株系中的叶片数量较多,叶片较宽,而且在叶片中的小分子miRNA166 和miRNA396表达量降低。

  实验中NtWRKY4基因能够被水杨酸SA诱导,而且被其它非生物逆境因子诱导的表达量低。通过烟草花叶病毒TMV接种,转基因植株对病毒有清楚的响应,形态发生了显著的变化,证明NtWRKY4确实与抗病性有关。感染病原细菌也同样证明了其与抗病性有关。

  研究结果显示,NtWRKY4与叶片形态发育有关,同时参与了抗病毒防御反应。Northern杂交结果显示,叶片中的烟草花叶病毒RNA减少了。TMV在野生型植株中的积累相对迅速地增强,并较迅速地减弱,对叶片形态影响较小,而转基因植株则因为NtWRKY4受到抑制而积累时间长,抗性降低,形态受到严重影响,造成畸形叶,且有更明显的病毒斑点,证明NtWRKY4与调控抗病毒过程有关。但TMV并不能诱导NtWRKY4的表达,说明在整个抗病信号传导过程中,NtWRKY4不受TMV的调控。转基因植株中PR基因在受到TMV诱导时受到抑制,证明NtWRKY4与PR基因表达有关系。

  相关研究结果发表在BIOLOGIA PLANTARUM 54 (4): 684-690, 2010。