异源表达铁皮石斛 DobHLH25 基因可增强拟南芥的抗旱性

《Functional & Integrative Genomics》：Heterologous expression of DobHLH25 from Dendrobium officinale enhances drought tolerance in Arabidopsis

　　

摘要

干旱胁迫严重限制了铁皮石斛（Dendrobium officinale）这一珍贵药用兰科植物的生长、产量及生物活性成分的积累，而这一问题在模拟野生栽培条件下尤为突出，因为植株不可避免地反复遭受水分亏缺。基本螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子是已知的植物非生物胁迫响应的重要调控因子。然而，目前尚不清楚该物种中bHLH转录因子对干旱胁迫响应的分子机制。本研究从铁皮石斛中克隆了一个bHLH转录因子基因DobHLH25。系统发育分析表明，DobHLH25与束花石斛（Dendrobium nobile）中的同源基因具有最高的序列一致性。此外，亚细胞定位分析表明，DobHLH25定位于细胞核，并具有功能性转录激活域。表达模式分析显示，DobHLH25在老叶中表达最丰富，且在根部、茎部和叶片中，其表达可被聚乙二醇处理所诱导。将DobHLH25在拟南芥中进行异源表达后，相较于野生型植株，在甘露醇诱导的渗透胁迫下，其种子发芽率更高、根长更长。在干旱胁迫下，DobHLH25异源表达系的存活率更高，叶片水分损失更少，丙二醛积累更低，脯氨酸含量更高。此外，超氧化物歧化酶和过氧化物酶等抗氧化酶活性显著增强，且多种干旱响应基因的表达水平明显上调。综合而言，这些发现表明DobHLH25的表达与植物的抗旱性之间存在相关性，其证据包括氧化损伤减轻、渗透调节物质积累增加、抗氧化酶活性增强以及干旱响应基因上调。这些结果共同表明，DobHLH25在抗旱性中发挥积极作用，并为未来解析其在铁皮石斛中的调控网络提供了基础。