拟南芥转录因子AtOFP8在干旱胁迫下的功能分析

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拟南芥卵形家族蛋白,是新发现的转录因子,是植物特有的蛋白家族,参与调控拟南芥的生长发育。有报道称水稻OFPs中有能够参与逆境胁迫应答的,而在拟南芥中还没有类似功能的报道。最新研究表明,拟南芥中共有19个该家族成员,AtOFP8是Ⅱ型AtOFPs的成员之一。本实验室前期研究发现AtOFP8可能参与干旱应答。为探究AtOFP8是否参与拟南芥应对非生物胁迫,我们对AtOFP8基因在逆境下的转录水平进行检测,结果显示,在干旱胁迫下,AtOFP8基因的转录水平上升最为明显。本研究以Col野生型、Atofp8-1突变体和35S:HA-AtOFP8过表达体植株为材料,对干旱胁迫下种子萌发率及绿叶率、叶片内丙二醛含量、叶片内脯氨酸含量、叶片抗氧化酶活性、叶片可溶性蛋白含量等进行分析,发现35S:HA-AtOFP8过表达体在干旱胁迫下抗旱性更强,说明AtOFP8确实能够增强拟南芥的抗旱性,帮助拟南芥抵抗干旱。本试验为研究AtOFPs家族成员参与逆境胁迫应答提供了重要的依据,对研究AtOFPs功能具有较好的理论与实践意义。本研究主要试验结果如下:1.AtOFP8基因(At5g19650)位于拟南芥的第5号染色体上,该基因全长共954 bp,基因中没有内含子,其中CDS区长666 bp,编码蛋白包含221个氨基酸。AtOFP8蛋白的分子式为C1118H1755N315O348S9,分子量为25.466 kDa,理论等电点为9.05,脂肪指数为56.88,稳定系数数值为67.78,属于不稳定蛋白。组成AtOFP8蛋白的氨基酸总共有20种,其中Ser含量最多,占氨基酸总数的16.70%,Trp含量最少,仅占氨基酸总数的0.90%。AtOFP8蛋白中共有37个具正电荷的氨基酸残基(Arg+Lys),31个具负电荷的氨基酸残基(Asp+Glu)。AtOFP8蛋白亲水能力较强,是非分泌蛋白。在AtOFP8蛋白中,α螺旋和无规卷曲含量最多。2.AtOFP8蛋白定位在细胞核中。通过拟南芥亚细胞定位预测网站SUBA4对AtOFP8蛋白进行亚细胞定位预测,AtOFP8蛋白定位在细胞核中的SUBAcon数值达到0.975,主要定位在细胞核中。通过构建AtOFP8-GFP载体,利用农杆菌转化洋葱表皮中,发现AtOFP8-GFP融合蛋白也出现在洋葱内表皮细胞的细胞核中。生物信息学预测和亚细胞定位实验都证明AtOFP8在细胞核内行使功能。3.AtOFP8基因在拟南芥多个器官中表达。AtOFP8基因在拟南芥根、茎、叶、花等器官中均有表达,其中,在拟南芥根中的转录水平最高。4.AtOFP8基因响应逆境胁迫。在几种逆境胁迫下,AtOFP8基因的表达发生变化,说明AtOFP8基因可能参与逆境胁迫过程。干旱胁迫下,AtOFP8基因的转录水平明显上升。高温处理下,AtOFP8基因的转录水平也有所增加。但在低温和黑暗条件下,AtOFP8基因的转录水平变化不明显。这些结果说明AtOFP8基因可能参与逆境胁迫过程,尤其对干旱胁迫和高温胁迫较为敏感。5.AtOFP8基因的过表达增强拟南芥抗旱性。正常环境下,Col野生型、Atofp8-1突变体和35S:HA-AtOFP8过表达体之间的种子萌发率、绿叶率、叶片丙二醛含量、叶片抗氧化酶活性、叶片脯氨酸含量、叶片可溶性蛋白含量均没有太大的差异。但是干旱胁迫下,过表达AtOFP8基因的拟南芥种子萌发率及绿叶率更高,叶片丙二醛含量更低,叶片脯氨酸含量更高,叶片抗氧化酶活性更强,叶片可溶性蛋白含量更高,表现出更强的抗旱性,而Atofp8-1突变体的抗旱性很弱。这些结果说明AtOFP8基因能够增强拟南芥的抗旱性。6.AtOFP8能够促进干旱应答基因的表达。ADH1、RD26、RDUF2、ERD7在35S:HA-AtOFP8过表达体中表达量明显上升,在Atofp8-1突变体中明显下降。
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