玉米逆境胁迫响应基因ZmbZIP84的克隆与功能验证

作     者：曹丽茹 庞芸芸 叶飞宇 马晨晨 张新 王振华 鲁晓民 CAO Liru;PANG Yunyun;YE Feiyu;MA Chenchen;ZHANG Xin;WANG Zhenhua;LU Xiaomin

作者机构：河南省农业科学院粮食作物研究所河南郑州450002 神农种业实验室河南郑州450002 郑州大学农学院河南郑州450002 

出 版 物：《核农学报》 (Journal of Nuclear Agricultural Sciences)

年 卷 期：2024年第38卷第4期

页      面：644-653页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金(32201708) 河南省重大科技专项-子课题(221100110300) 中央引导地方科技发展资金(Z20221343040) 河南省青年人才托举工程项目(2022HYTP034) 

主　　题：玉米 转录因子 非生物胁迫 功能验证 亚细胞定位 

摘      要：碱性亮氨酸拉链(Basic leucine zipper,bZIP)转录因子是真核生物中分布最广泛、结构极其保守的家族之一,在植物生长进程中发挥重要作用。为验证bZIP转录因子在逆境胁迫中发挥的作用,本研究通过分析转录组数据,筛选到27个参与干旱-复水胁迫的bZIP基因,计算相关性系数、构建共表达网络图发现ZmbZIP84(Zm00001d053988)是核心节点基因;该基因位于玉米第4号染色体,具有高度保守的bZIP结构域;分析理化性质,发现该基因是亲水性蛋白且属于不稳定蛋白;构建系统发育树,发现该基因与柳枝稷和高粱的亲缘关系最近;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,ZmbZIP84在玉米各组织中均有表达,成熟根中的表达量最高;设置20%聚乙二醇(PEG)-6000、42℃高温、200 mmol·L^(-1)NaCl以及缺乏铵态氮等模拟试验,发现该基因在高温、干旱、氮处理下表达量显著上调,而在NaCl处理下表达量下调,说明ZmbZIP84基因积极参与并响应非生物胁迫;利用CRISPR/Cas9技术获得ZmbZIP84基因的拟南芥同源基因缺失型纯合突变体,发现在高温、干旱胁迫处理下突变体植株生长受到严重抑制、叶片萎蔫、甚至干死,而野生型植株影响较小,说明在干旱、高温胁迫处理下,ZmbZIP84基因敲除后抗旱、耐高温能力下降;亚细胞定位发现该基因编码的蛋白位于细胞核。本研究结果可为后续研究ZmbZIP84基因的功能及下游靶基因的调控机制奠定基础,为培育抗逆性玉米新品种提供参考。