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植物所刘建祥课题组发现水稻耐热新机制

时间:2019-11-19 访问次数:680

 

20191116,浙江大学生命科学学院植物生物学研究所刘建祥课题组在Plant Biotechnology Journal(生物科学领域一区)在线发表了题为A membrane-associated NAC transcription factor OsNTL3 is involved in thermotolerance in rice的研究论文,解析水稻耐高温的分子机制,揭示了NAC家族膜结合转录因子OsNTL3在水稻耐热性中的重要功能,证明了两个膜结合转录因子OsbZIP74OsNTL3形成热响应调控环路,介导高温胁迫下内质网膜、质膜和细胞核之间的信息交流,为耐高温水稻精准育种提供了新的调控靶点和思路。

随着全球工业进程的加快和温室效应的加剧,全球气候变化越来越异常,气温也在逐年升高。高温直接影响植物的生长发育,导致产量和品质下降。高温往往容易使蛋白质变性,引起内质网(ER)中错误折叠的蛋白质积累,从而引发植物未折叠蛋白反应(UPR)。之前刘建祥教授课题组的工作证明了水稻内质网膜结合蛋白bZIP转录因子OsbZIP74UPR中的重要作用,但OsbZIP74以及其它膜结合转录因子是否参与水稻的高温胁迫响应尚未见报道。本次研究中发现膜结合转录因子OsNTL3是水稻苗期耐高温胁迫所必需,OsNTL3的功能缺失突变体对高温胁迫敏感,而无跨膜结构域的截短形式的OsNTL3的诱导表达提高了水稻幼苗的耐热性。

OsNTL3组成型表达,并受热和内质网胁迫诱导剂处理上调。OsNTL3编码具有预测的C端跨膜结构域的NAC转录因子。高温胁迫和内质网胁迫下, OsNTL3从质膜迁移到细胞核。RNA-Seq分析显示,OsNTL3调控与ER蛋白折叠、活性氧清除和其它过程有关的基因的表达。有趣的是,OsNTL3直接与OsbZIP74启动子结合并响应高温胁迫调控其表达。反过来,高温胁迫下OsNTL3的上调表达又依赖于OsbZIP74。综上所述,NTL3将热胁迫信号从内质膜和质膜传递到细胞核,调控热胁迫应答基因,介导水稻的耐热性。刘建祥教授课题组的博士生刘学欢为该论文第一作者,刘建祥教授和原课题组陆孙杰博士为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委杰出青年基金、上海市科委重点项目等资助

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13297