BpEBP1转录因子调控白桦抗旱的分子机制

AP2/ERF基因家族是独属于植物的一大基因家族,不但参与植物生长发育过程,而且响应生物胁迫与非生物胁迫反应,对植物生理生化调节起到重要的作用。本研究通过白桦层级干旱调控网络,针对最上层的隶属于ERF家族成员基因BpEBP1 展开研究,主要结果如下:(1)干旱胁迫下,我们发现BpEBP1表达量上调表达,且主要在根中受到诱导;(2)BpEBP1 是一个典型的ERFVII亚家族成员,通过Y1H和EMSA验证其可以结合GCC-box和DRE/CRT元件;通过亚细胞定位发现,BpEBP1 定位在细胞核;BpEBP1具有自激活活性,且自激活区段为 280-312Aa;(3)通过对BpEBP1 过表达株系、野生型和bpebp1 基因敲除株系进行干旱胁迫处理,发现过表达BpEBP1 使白桦抗旱能力得到增强,而敲除BpEBP1 则出现干旱敏感表型。另外,通过生理指标的测定结果发现BpEBP1 能够减少细胞受损伤程度,从而提高过表达BpEBP1基因白桦耐旱能力;(4)对干旱胁迫下的转基因植株进行 RNA-Seq 和 ChIP-Seq 实验。发现干旱条件下BpEBP1 调控苯丙烷类和类黄酮相关基因的表达,影响了木质素和花青素含量的积累;另外,结合酵母单杂交和EMSA实验发现BpEBP1 可以识别NGH4 元件;我们对二者进行联合分析,通过ChIP-PCR、ChIP-qPCR和EMSA实验筛选出BpEBP1 直接结合调控的 6 个下游基因;(5)结合体内体外实验,我们发现在干旱胁迫条件下BpEBP1存在磷酸化修饰;另外,干旱处理可以使BpEBP1 第148位丝氨酸位点被磷酸化,将该位点突变成丙氨酸后发现磷酸化水平消失,将该突变位点稳定转化发现,其对干旱胁迫的耐受性明显减弱,因此该位点对于BpEBP1 响应干旱胁迫十分重要;(6)通过Co-IP结合LC-MS/MS对BpEBP1 体内互作蛋白进行鉴定,共鉴定到 37 个互作蛋白,其中丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶EDR1 可以与BpEBP1 发生互作,通过体外Y2H同样证明了BpEBP1 与蛋白激酶EDR1 间的互作关系。本实验为揭示BpEBP1 基因耐旱调控途径提供了基础,为白桦遗传改良提供了理论参考,为在易干旱的土地中扩大栽植培育出的耐旱白桦以创造更大的价值。