论文部分内容阅读
铁是植物生长发育必不可少的微量元素。尽管地壳中铁的含量很高,但通常以不溶于水的氧化物的形态存在,在pH较高的石灰性土壤上,作物缺铁现象更为普遍。为了适应缺铁环境,植物进化出两种铁吸收机制,其中非禾本科植物利用机制Ⅰ吸收二价铁,禾本科植物利用机制Ⅱ吸收三价铁。由于水稻存在淹水和旱地两种生长环境,同时具有两种铁吸收方式,并且水稻是我国种植面积最大的粮食作物,因此研究水稻铁吸收、转运和代谢等生理和分子机理,对丰富水稻缺铁逆境胁迫的生理机制,有效地开展水稻抗缺铁胁迫和富铁水稻育种均具有重要理论和实践意义。实验室前期在水稻中鉴定到一个拟南芥FIT的同源基因,OsbHLH156,该基因在缺铁条件下表达显著上调,进一步研究发现,OsbHLH156能够与IRO2互作,并协助IRO2定位至细胞核,进而激活机制Ⅱ相关基因的表达。但是OsbHLH156介导IRO2进核后如何共同调控下游基因还不清楚。本文中,我们主要研究了OsbHLH156和IRO2的表达模式、构建了osbhlh156和iro2突变体并对突变体进行表型和转录组分析、分析了OsbHLH156和IRO2蛋白互作及对下游基因的调控。通过RT-qPCR分析,发现OsbHLH156和IRO2两个基因均在缺铁处理1天后上调表达,恢复供铁后表达量同时下调,说明两个基因的时空表达模式基本一致。利用CRISPR/CAS9系统获得了osbhlh156和iro2的基因编辑突变体。在不同供铁条件下对osbhlh156和iro2突变体的表型进行系统的分析和比较发现。在正常供铁条件下,osbhlh156和iro2突变体与野生型没有明显的表型差别;缺铁时,两种突变体均表现出明显的失绿症状,叶片SPAD值下降,植株生长受到抑制。转录组测序分析发现,铁吸收机制Ⅱ中所有缺铁诱导基因在osbhlh156和iro2突变体中均受到强烈抑制,而铁吸收机制Ⅰ中的五个基因只有IRT1在osbhlh156和iro2突变体中受到轻微的抑制。双分子荧光互补、免疫共沉淀和酵母双杂试验结果表明,OsbHLH156和IRO2能够互作形成蛋白复合体;酵母转录激活试验结果表明,OsbHLH156和IRO2能激活下游OsIRT1、OsYSL15、OsYSL16、OsIDI2、OsNAS2、OsNAS3和OsDMAS1等基因的表达。综上所述,我们发现OsbHLH156和IRO2具有一致的时空表达模式,并且OsbHLH156和IRO2能够形成蛋白复合体,共同激活下游基因的表达。本研究结果进一步完善了水稻铁稳态调控网络,将为耐缺铁和富铁水稻育种奠定了基础。