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osbzip48参与水稻体内锌稳态的调控

OsbZIP48参与水稻体内锌稳态的调控

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作者：穆广茂南京农业大学

学位级别：硕士

锌是植物必需微量元素之一,作为蛋白的重要组成成分,在植物体生长发育过程中具有重要作用。缺锌或者锌过量都会影响植物的正常生长,因此植物体内的锌含量受到严格的调控。在水稻基因组中,osbzip48(basic leucine zipper 48)是拟南芥AtbZ... 详细信息

锌是植物必需微量元素之一,作为蛋白的重要组成成分,在植物体生长发育过程中具有重要作用。缺锌或者锌过量都会影响植物的正常生长,因此植物体内的锌含量受到严格的调控。在水稻基因组中,osbzip48(basic leucine zipper 48)是拟南芥AtbZIP19和AtbZIP23的同源基因。对osbzip48蛋白序列分析表明,osbzip48是一个经典的bZIP转录因子,bZIP结构域由基本结构域和8个亮氨酸重复序列构成。在酵母转录活性验证试验中,osbzip48具有较强的转录激活功能,亚细胞定位结果显示,osbzip48-GFP主要位于水稻原生质体细胞核,在细胞质也有部分表达。为了进一步探究osbzip48生物学功能,本试验构建了osbzip48(1)-1、osbzip48(1)-3和osbzip48三个突变体株系,以及16个过表达株系(OEs)。对突变体和过表达材料进行缺锌培养试验,我们发现与野生型相比,突变体对缺锌更敏感,而OE-9和OE-24对缺锌耐性增强。但与野生型相比,突变体在缺铁、缺铜和缺锰条件下没有明显差别。为了进一步确定表型是由缺锌引起,osbzip48(1)-3在缺锌处理7d后,重新加锌后恢复正常生长。这表明突变体缺锌致死是由缺锌造成的。同时,对水稻各部位元素含量进行测定与分析,我们发现在缺锌条件下,突变体地上部,基部节和根中锌含量显著增加。但在正常培养条件下,突变体基部节中锌含量显著增加,然而老叶中锌含量明显低于野生型。因此osbzip48参与水稻体内锌由基部节向地上部的转运过程。作为转录因子,osbzip48突变导致植株对缺锌敏感,因此本课题组通过转录组测序分析其下游调控基因。通过对突变体和野生型进行转录组测序分析,我们发现osbzip48的突变会影响大量缺锌诱导基因的表达。统计发现,99个缺锌诱导基因的表达受osbzip48突变影响,其中包括锌转运体OsZIP4和OsZIP8。因此,osbzip48通过正调控OsZIP4和OsZIP8的表达,影响水稻中锌的转运。

关键词： osbzip48 缺锌水稻 OsZIP4 OsZIP8

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转录因子Osb ZIP48参与水稻锌稳态的调控

转录因子Osb ZIP48参与水稻锌稳态的调控

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第七届长三角植物科学研讨会暨青年学术报告会

作者：胡淑宝穆广茂江梓晨李巧璐宋喻鑫睿何培 Kamran Lqbal Shinwari 杜彬彬沈振国郑录庆南京农业大学

锌是植物必需的微量元素之一,在植物的生长发育过程中起到重要的作用。锌不足或过量均会影响植物的正常生长。因此,在植物细胞中锌离子的浓度受到严格的调控。在水稻中,Osb ZIP48(basic lecucine zipper 48)与拟南芥缺锌响应的关键转录... 详细信息

锌是植物必需的微量元素之一,在植物的生长发育过程中起到重要的作用。锌不足或过量均会影响植物的正常生长。因此,在植物细胞中锌离子的浓度受到严格的调控。在水稻中,Osb ZIP48(basic lecucine zipper 48)与拟南芥缺锌响应的关键转录因子AtbZIP19和AtbZIP23的相似度最高。和AtbZIP19和AtbZIP23的功能相似,Osb ZIP48基因功能缺失会导致水稻对缺锌超敏感。Osb ZIP48基因在水稻幼苗期叶片中表达较高。同时,Osb ZIP48基因在地上部分受缺锌诱导。Osb ZIP48蛋白定位于细胞核和细胞质中,并且在酵母细胞中具有转录活性。在正常培养条件下,bzip48突变体与野生型水稻组织中锌,铁,锰和铜的含量没有差异。在缺锌2周时,bzip48突变体的地上部分,基部节和根中锌的含量明显比野生型的高;而另三种元素的含量在突变体地上部分降低,根中升高。进一步分析这四种元素在水稻中的转运系数,我们发现在缺锌条件下与野生型相比,突变体对Zn的转运系数升高了,而对其它三种元素(Fe,Mn和Cu)的转运系数却显著降低。然而,在缺Fe,Mn和Cu三种不同营养元素培养条件下,培养野生型水稻和突变体并没有出现表型上的差异。进一步,检测Zn,Fe,Mn和Cu的含量,我们仅发现在缺Fe培养条件下突变体地上部分Fe的含量显著降低。在稻田中生长的突变体糙米中这四种元素的含量并没有发生改变。转录组测序分析和荧光定量分析发现,在缺锌条件下,很多与锌稳态相关的基因的表达发生了改变。其中,Os ZIP4和Os ZIP8被报道具有转运锌的功能,并且在水稻根中受缺锌诱导表达。我们发现在bzip48突变体的根中,Os ZIP4和Os ZIP8的表达不受缺锌诱导。LUC,Y1H和ChIP-qPCR试验证明Osb ZIP48蛋白可以分别直接结合在Os ZIP4和Os ZIP8的启动子上。以上试验证据表明Osb ZIP48直接参与水稻对缺锌的响应过程,并调控在缺锌条件下水稻中Fe,Mn和Cu向地上部分的转运。

关键词：水稻锌 osbzip48 稳态

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