作者:张晴丹 来源:中国科学报 发布时间:2021/2/23 11:56:11
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研究发现转座子和生长素相互作用提高水稻避旱性

 

近日,《植物、细胞与环境》在线发表了云南农业大学植物保护学院教授杜云龙研究团队的研究论文。在本研究中,首次发现插入月亮谷水稻DEEPER ROOTING 1(DRO1)基因启动子中的INDITTO2转座子可以传递生长素信号调节DRO1的转录从而增强水稻避旱性。

转座子是重要的可移动DNA元件,广泛存在于植物基因组中,在植物进化中发挥着重要作用。生长素是一种重要的调节因子,与根系发育和干旱胁迫适应有关。DRO1基因是水稻避旱的关键基因。籼稻月亮谷(Acuce)是云南省元阳哈尼梯田中的主栽特色农家稻,具有产量稳定、抗病性好等优良农艺性状,其种植地区海拔高达1600~2000米,已经有100多年的种植历史。开展月亮谷水稻优良农艺性状的遗传基础研究,特别是干旱胁迫下转座子与DRO1基因在月亮谷水稻发育中的作用,对于揭示水稻对非生物胁迫和生物胁迫的适应性机制具有重要的应用价值和理论意义。

研究团队结合基因编辑、生物信息学及分子生物学等技术手段,构建了月亮谷水稻及日本晴水稻的DRO1基因敲除突变体,发现月亮谷水稻具有较强的避旱性,月亮谷水稻响应干旱胁迫与DRO1基因的表达量上调有关,其根系发育表现明显的避旱性特征并与DRO1调节生长素的运输有关。

为了探明DRO1基因影响水稻避旱性的差异与生长素的关系,研究团队对DRO1基因的启动子进行分析。发现月亮谷水稻的DRO1基因启动子比日本晴水稻多了266个核苷酸,进一步分析并确定其为转座子,命名为INDITTO2,属于微型反向重复转座元件(MITE)家族的Tourist亚家族成员,是非自主型转座子。INDITTO2转座子含有生长素响应元件(ARE),参与生长素介导的DRO1基因表达,具有启动子活性,能够将生长素的转录调控传递到邻近基因。通过转基因的方法将INDITTO2转座子插入到日本晴水稻的DRO1启动子中,可以显著促进水稻对干旱的适应性。

进一步的研究发现INDITTO2转座子及其同源基因广泛分布于水稻基因组中,并参与了对生长素的响应及基因表达调节。该研究揭示INDITTO2转座子在基因组中的广泛分布增加了水稻的遗传多样性,并发现转座子在作为启动子时,可响应水稻内部的激素信号而调节基因表达,从而增强水稻对不同非生物胁迫的适应性。

相关论文信息:https://doi.org/10.1111/pce.14029

 
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