近日，植物學領域重要國際期刊《植物、細胞與環(huán)境》（《Plant, Cell and Environment》）在線發(fā)表了云南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院杜云龍教授研究團隊的研究論文，該研究首次發(fā)現(xiàn)插入月亮谷水稻DRO1基因啟動子中的INDITTO2轉(zhuǎn)座子可以傳遞生長素信號調(diào)節(jié)DRO1的轉(zhuǎn)錄，從而增強水稻避旱性。
轉(zhuǎn)座子是重要的可移動DNA元件，廣泛存在于植物基因組中，在植物進化中發(fā)揮著重要作用。生長素是一種重要的調(diào)節(jié)因子，與根系發(fā)育和干旱脅迫適應有關。DRO1基因是水稻避旱的關鍵基因。秈稻月亮谷(Acuce)是元陽哈尼梯田中的主栽特色農(nóng)家稻，具有產(chǎn)量穩(wěn)定、抗病性好等優(yōu)良農(nóng)藝性狀，已經(jīng)有100多年的種植歷史。開展月亮谷水稻優(yōu)良農(nóng)藝性狀的遺傳基礎研究，特別是干旱脅迫下轉(zhuǎn)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值和理論意義。
杜云龍團隊結(jié)合基因編輯、生物信息學及分子生物學等技術手段，構(gòu)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(xiàn)月亮谷水稻具有較強的避旱性，月亮谷水稻響應干旱脅迫與DRO1基因的表達量上調(diào)有關，其根系發(fā)育表現(xiàn)明顯的避旱性特征并與DRO1調(diào)節(jié)生長素的運輸有關。研究團隊還對DRO1基因的啟動子進行分析，發(fā)現(xiàn)月亮谷水稻的DRO1基因啟動子比日本晴水稻多了266個核苷酸，進一步分析并確定其為轉(zhuǎn)座子，命名為INDITTO2。INDITTO2轉(zhuǎn)座子含有生長素響應元件，參與生長素介導的DRO1表達，具有啟動子活性，能夠?qū)⑸L素信號傳遞到鄰近基因。通過轉(zhuǎn)基因的方法將INDITTO2轉(zhuǎn)座子插入到日本晴水稻的DRO1啟動子中，可以顯著促進水稻對干旱的適應性。團隊進一步的研究還發(fā)現(xiàn)INDITTO2轉(zhuǎn)座子及其同源基因廣泛分布于水稻基因組中，并參與了對生長素的響應及基因表達調(diào)節(jié)。該研究揭示INDITTO2轉(zhuǎn)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(xiàn)轉(zhuǎn)座子在作為啟動子時，可響應水稻內(nèi)部的激素信號而調(diào)節(jié)基因表達，從而增強水稻對不同非生物脅迫的適應性。
該研究已獲得國家自然科學基金項目、云南省教育廳科學研究基金重大專項、教育部“留學回國人員科研啟動基金”、云南省科技廳重大科技計劃、云南省科技廳重點項目等項目資助。
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