本站消息 近日，植物學(xué)領(lǐng)域重要國際期刊Plant, Cell and Environment（IF =6.362）在線(xiàn)發(fā)表了云南農業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院杜云龍教授研究團隊題為“INDITTO2transposon conveys auxin-mediatedDRO1transcription for rice drought avoidance”的研究論文。在本研究中，首次發(fā)現插入月亮谷水稻DEEPER ROOTING 1（DRO1）基因啟動(dòng)子中的INDITTO2轉座子可以傳遞生長(cháng)素信號調節DRO1的轉錄從而增強水稻避旱性。
轉座子是重要的可移動(dòng)DNA元件，廣泛存在于植物基因組中，在植物進(jìn)化中發(fā)揮著(zhù)重要作用。生長(cháng)素是一種重要的調節因子，與根系發(fā)育和干旱脅迫適應有關(guān)。DRO1基因是水稻避旱的關(guān)鍵基因。秈稻月亮谷（Acuce）是云南省元陽(yáng)哈尼梯田中的主栽特色農家稻，具有產(chǎn)量穩定、抗病性好等優(yōu)良農藝性狀，其種植地區海拔高達1600-2000米，已經(jīng)有100多年的種植歷史。開(kāi)展月亮谷水稻優(yōu)良農藝性狀的遺傳基礎研究，特別是干旱脅迫下轉座子與DRO1基因在月亮谷水稻發(fā)育中的作用，對于揭示水稻對非生物脅迫和生物脅迫的適應性機制具有重要的應用價(jià)值和理論意義。
圖1.大田種植的水稻根系構型
對月亮谷、日本晴、日本晴/dro1-cc突變體分別在灌溉（A）和干旱（B）條件下生長(cháng)3個(gè)月，觀(guān)察根系構型（C-H）及測量根的生長(cháng)角度（I）（Acuce: nwater=13, ndrought=11;NPB:nwater=9, ndrought=6; NPB/dro1-cc: nwater=9, ndrought=5）。數據為平均值± SD; *P< 0.05, **P< 0.01 （Student'st-test）。NPB =日本晴，NPB/dro1-cc =日本晴/dro1-cc突變體，ND =無(wú)差異，θ=根角度，標尺= 10 cm.
研究團隊結合基因編輯、生物信息學(xué)及分子生物學(xué)等技術(shù)手段，構建了月亮谷水稻及日本晴水稻的DRO1基因敲除突變體，發(fā)現月亮谷水稻具有較強的避旱性（圖1），月亮谷水稻響應干旱脅迫與DRO1基因的表達量上調有關(guān)，其根系發(fā)育表現明顯的避旱性特征并與DRO1調節生長(cháng)素的運輸有關(guān)。為了探明DRO1基因影響水稻避旱性的差異與生長(cháng)素的關(guān)系，對DRO1基因的啟動(dòng)子進(jìn)行分析。發(fā)現月亮谷水稻的DRO1基因啟動(dòng)子比日本晴水稻多了266個(gè)核苷酸，進(jìn)一步分析并確定其為轉座子，命名為INDITTO2，屬于微型反向重復轉座元件（MITE）家族的Tourist亞家族成員，是非自主型轉座子。INDITTO2轉座子含有生長(cháng)素響應元件（ARE），參與生長(cháng)素介導的DRO1基因表達，具有啟動(dòng)子活性，能夠將生長(cháng)素的轉錄調控傳遞到鄰近基因。通過(guò)轉基因的方法將INDITTO2轉座子插入到日本晴水稻的DRO1啟動(dòng)子中，可以顯著(zhù)促進(jìn)水稻對干旱的適應性。進(jìn)一步的研究發(fā)現INDITTO2轉座子及其同源基因廣泛分布于水稻基因組中（圖2），并參與了對生長(cháng)素的響應及基因表達調節。該研究揭示INDITTO2轉座子在基因組中的廣泛分布增加了水稻的遺傳多樣性，并發(fā)現轉座子在作為啟動(dòng)子時(shí)，可響應水稻內部的激素信號而調節基因表達，從而增強水稻對不同非生物脅迫的適應性。
圖2. PCR擴增不同水稻基因組中的INDITTO2轉座子及其同源基因
INDITTO2轉座子在月亮谷水稻DRO1基因啟動(dòng)子中的示意圖（A）。凝膠電泳顯示45個(gè)水稻品種用基因特異引物PDI-FP和PDI-RP擴增INDITTO2轉座子的PCR產(chǎn)物（B）。
云南農業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院杜云龍課題組已畢業(yè)碩士研究生趙宜婷、武麗霞以及在讀碩士研究生傅琪景為該論文的共同第一作者，杜云龍教授為唯一通訊作者。奧地利科學(xué)技術(shù)研究所Ji?í Friml教授、西南林業(yè)大學(xué)何霞紅教授、云南農業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院李成云教授、黃惠川副教授、中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園劉長(cháng)寧研究員、中國科學(xué)院昆明植物研究所王蕾副研究員、左之利研究員也參與了該工作。該研究獲得國家自然科學(xué)基金項目（Grant No. 31460453,31660501,31860064和31470382）、云南省教育廳科學(xué)研究基金重大專(zhuān)項（Grant No. ZD2015005）、教育部“留學(xué)回國人員科研啟動(dòng)基金”（Grant No. [2013] 1792）；、云南省科技廳重大科技計劃（Grant No. 2016ZF001）、云南省科技廳重點(diǎn)項目（Grant No. 2017FA018）等項目資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14029
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