水稻转录因子OsWRKY68蛋白质的表达特征及其功能特性

【目的】 水稻中有近百个WRKY转录因子家族成员,其中很多与生长发育、生物与非生物逆境胁迫应答有关。河北农业大学生命科学学院分子生物学与生物信息学实验室（molecular biology & bioinformatics lab,MBB）前期发现OsWRKY68在水稻接种白叶枯病菌后诱导表达,本研究试图进一步探究OsWRKY68的功能。【方法】 采集水稻TP309不同生长发育时期的组织样品,包括萌发期、幼苗期、分蘖期、孕穗期和开花期的根、茎、叶、叶鞘、叶枕、穗子、花药、颖壳和种子,以及非生物胁迫（4℃、44℃、48℃、淹、NaCl、PEG、恒光和恒暗）和激素处理（脱落酸、茉莉酸甲酯、水杨酸和乙烯利）的叶片,提取总蛋白质,用水稻OsWRKY68蛋白质特异抗体,通过免疫印迹（western blot,WB）技术系统调查OsWRKY68蛋白质在水稻正常发育过程中不同时期、不同组织、非生物胁迫及激素处理条件下的表达特征。构建RNAi载体,通过农杆菌介导的方法转化水稻TP309,对转基因植株进行PCR和WB鉴定,观察OsWRKY68 RNAi转基因植株的表型并测量其株高、分蘖数、穗长、小穗数和结实率等性状。【结果】 调查OsWRKY68蛋白质的表达丰度,发现OsWRKY68蛋白质在水稻正常生长发育过程中基本呈组成型表达,且在大部分组织中表达丰度差异倍数不大,但在开花期的花药中OsWRKY68表达量高于成熟穗、穗轴和颖壳;在分蘖期和孕穗期的叶鞘中不表达,仅在开花期的叶鞘中表达;在孕穗期的幼穗中,随着幼穗长度的增加其表达丰度逐渐降低。调查水稻非生物胁迫和激素处理后OsWRKY68蛋白质的表达特征,发现盐胁迫后OsWRKY68蛋白质的表达丰度随时间延长持续下降,恒光处理后OsWRKY68蛋白质表达量持续上升,3 d时明显出现一条分子质量较大的条带（记作OsWRKY68 ⁺）,且表达量逐渐增加,茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,MeJA）和乙烯利（ethephon,ET）处理后同样也呈现OsWRKY68 ⁺蛋白质丰度的增加。对转基因植株进行鉴定和自交繁殖,对T₃代的4个OsWRKY68 RNAi转基因株系（Y316、Y317、Y326和Y337）进行PCR和WB鉴定,均表现阳性。在转基因植株中,OsWRKY68蛋白质的表达量均低于野生型TP309。对转基因植株进行表型观察和性状测量,发现与野生型相比转基因植株的株高降低、分蘖数和结实率下降等。 【结论】 OsWRKY68蛋白质在水稻正常生长发育中发挥作用,敲低OsWRKY68蛋白质的表达能影响水稻的正常生长。OsWRKY68蛋白质可能参与盐、光照、茉莉酸甲酯和乙烯介导的信号转导过程。     

水稻蛋白质样品资源库RiceS-A300的建立与应用

【目的】建立水稻幼苗胁迫处理的蛋白质样品资源库RiceS-A300,应用RiceS-A300调查内参蛋白质HSP82的表达特征。【方法】粳稻TP309种子在30℃条件下浸泡3 d露白,土培用蛭石土(土壤与蛭石1:1)培养,30℃、光周期L12 h/D12 h培养5 d,进行冷(4℃)、热(44℃、48℃)、淹和恒光、恒暗处理,水培播种在纱网上,以30℃、光周期L12 h/D12 h培养5 d,进行PEG 6000(20%)和NaCl(0.2 mol·L~(-1))处理。以30℃、光周期L12 h/D12 h非胁迫处理为对照。在不同时间点观察、拍照并取材,测定各种处理条件下的株高和鲜重,提取总蛋白质建立水稻幼苗胁迫处理的蛋白质样品资源库,SDS-PAGE分离总蛋白质后进行考染,以此评价蛋白质质量。通过免疫印迹(WB)技术分析样品中内参蛋白质HSP82的表达特征。【结果】调查各种胁迫处理过程中9个时间点的幼苗表型、株高、鲜重和总蛋白质含量,发现:冷(4℃)、热(44℃、48℃)温度胁迫在2 d内即表现出对株高的抑制作用,淹胁迫能促进株高伸长,恒暗和恒光处理均能抑制株高,恒暗处理使幼苗变黄,PEG与盐胁迫也能明显抑制株高的伸长,且盐胁迫在5 d后可见明显叶尖干枯。对鲜重的调查结果表明,冷(4℃)、热(44℃、48℃)温度胁迫、PEG胁迫和盐胁迫均会降低幼苗鲜重,淹胁迫对鲜重的影响较小,恒暗处理会降低鲜重而恒光处理对鲜重影响不明显。3种温度胁迫都使总蛋白质含量提高,恒暗胁迫则降低总蛋白质含量,其他胁迫对总蛋白质含量影响不大。累计收集近300份蛋白质样品,建立了水稻蛋白质样品资源库(RiceS-A300),每份样品体积为2 mL,可供200次WB分析,由于试验所采用的条件比较规范且容易控制,可根据需要重复扩大样品的规模,预期不同的实验室采用相同的条件获得的蛋白质样品也能获得可重复的试验结果,利用RiceS-A300调查HSP82蛋白质的表达特征,显示热胁迫明显提高了HSP82的表达,恒光、PEG和盐胁迫也对HSP82的表达有一定影响,而淹胁迫和恒暗处理对HSP82的影响不大。对RiceS-A300资源库的评价扩展了HSP82内参蛋白质的用途。【结论】提出了蛋白质样品资源库建设和评价的流程,建立了第一个版本的胁迫处理条件下的水稻幼苗蛋白质样品资源库(RiceS-A300);在此基础上,通过WB调查了HSP82蛋白质的表达特征,发现其在热胁迫下有特异诱导表达。     

水稻转录因子WRKY68在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用

白叶枯病是一种严重影响水稻产量的细菌性病害。Xa21是第一个克隆的抗白叶枯病基因,具有广谱抗性,在水稻抗病育种中被广泛应用。转录因子的鉴定对解析Xa21介导的水稻抗白叶枯病分子机制具有重要意义。本研究构建了Xa21背景下的WRKY68-RNAi转基因水稻。与受体材料4021相比,转基因水稻中WRKY68蛋白质丰度下调,接种白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)后抗病性下降,证明WRKY68基因在Xa21介导的抗白叶枯病反应中发挥正调控作用。此外,转基因受体材料4021和感病对照TP309接种后不同时期和部位叶片中WRKY68的蛋白质丰度没有显著差异,表明WRKY68蛋白质的表达不受抗病基因Xa21和病原物Xoo诱导,推测其功能主要是调控下游基因的表达。WRKY68-RNAi转基因水稻接种后, PR1A、PR5、PR10A、PR-pha和PAL1等病程相关蛋白质表达丰度发生变化,表明相关基因可能在WRKY68基因的调控下参与下游抗病反应。