轉錄因子OsMYB2觸發氨基酸轉運蛋白OsANT1的表達調節水稻生長和耐鹽性
近日，貴州大學農學院方中明教授團隊在研究脫落酸信號通路對水稻生長和耐鹽性的調節機制方面取得新進展。相關研究成果已經發表在國際權威期刊《Plant Physiology》（IF=8.0、一區期刊）上。
在大多數植物物種中，氨基酸是氮運輸的主要形式。為滿足根或葉等吸收器官發育對氮的需求，氨基酸會通過維管系統進行運輸。在植物生長和發育的各種過程中，氨基酸轉運蛋白（AATs）作為膜整合蛋白發揮著重要作用。其中，OsANT1 作為水稻中的一種 AAT，其在水稻中的功能與調控機制尚不明確，它是否參與水稻的生長、發育以及抗逆過程還有待深入探索。鹽脅迫會導致植物體內脫落酸（ABA）積累。ABA 作為植物應對逆境脅迫的核心調節因子，能夠通過調控氣孔關閉、維持離子穩態、調節鹽脅迫響應基因的表達以及改變代謝過程，增強植物的耐逆性。盡管已有研究揭示了 ABA 信號通路和氨基酸轉運蛋白在植物耐逆性方面的作用，但水稻中 OsANT1 的具體功能以及它與 ABA 信號通路之間的關系，目前仍不明確。
在本文中，研究團隊構建了OsANT1過表達品系（OsANT1 OE系）和敲除OsANT1的品系（OsANT1 C系），對比野生型后發現，OsANT1 OE系的每株分蘗數、每株飽滿籽粒數和每株籽粒產量均有所增加，而OsANT1 C系的這些指標則顯著降低，這說明OsANT1與水稻的生長發育密切相關。為探究OsANT1的轉運特性，研究團隊將表達該轉運蛋白的酵母細胞在含有酪氨酸或脯氨酸作為唯一氮源的液體培養基中生長。結果顯示，與空載體pDR196相比，表達OsANT1的細胞生長速率更快。此外，研究團隊使用HPLC測量了野生型、OsANT1 OE系和OsANT1 C系的莖、葉鞘、葉片和籽粒中各種氨基酸的濃度，結果發現OsANT1 OE系中氨基酸濃度高于野生型ZH11，OsANT1 C 系的氨基酸濃度則低于 ZH11。這些結果表明，OsANT1主要介導了水稻中酪氨酸和脯氨酸的積累。
另外，為了研究OsANT1轉基因系對鹽脅迫的響應情況，研究團隊測試了野生型ZH11和OsANT1轉基因植物在幼苗階段對鹽脅迫的抗性。將其在高濃度鹽水環境下培育 7 天后發現，OsANT1 OE系具有更高的存活率和更好的耐鹽指標。接下來文章進一步探討氯化鈉和ABA對OsANT1表達水平的影響，研究團隊測定了不同濃度氯化鈉和ABA處理下OsANT1的表達水平，結果顯示，隨著ABA和氯化鈉濃度逐漸增加，OsANT1的表達水平也顯著上升。為鑒定可能調控OsANT1表達的轉錄因子，研究團隊測定了ABA途徑中鹽響應轉錄因子在高鹽和高ABA條件下的表達水平。結果發現，只有OsMYB2的表達水平顯著增加。綜合這些研究，可得出結論：OsANT1通過轉錄因子OsMYB2被氯化鈉和ABA調控。之后，研究團隊通過一系列實驗進一步證實，OsMYB2 能直接結合到 OsANT1 啟動子上的 MBS 元件，進而激活 OsANT1 的表達。同時，OsMYB2 過表達株系在耐鹽性和生長性能方面也表現更為出色。
文章中，為了尋找轉錄因子結合的啟動子片段，研究團隊使用博鷺騰的 PlantView 植物活體成像系統進行了瞬時表達試驗。
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae559
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