文献内容简介
近年来，随着工业的发展，气候变化加剧，全球大约20%的灌溉土地因为土壤中的盐分增加而受到破坏，对植物的生长发育和生产力产生严重的负面影响。水稻（Oryza sativa ）是世界上许多国家的基本作物和主食，全球许多地区的水稻生产力已下降。因此，如何提高水稻的抗逆性，来保证在不利环境条件下水稻产量的稳定性是一项非常紧迫的任务。
为了降低环境胁迫的影响，植物也利用多种防御机制以响应生物和非生物胁迫。目前已研究的耐盐机制包括光合作用、脱落酸（abscisic acid, ABA）响应等等。在这些机制中，OsOBP4 是通过与OsPTR2和 SurE 相互作用介导植物盐耐表型的关键基因之一。Ocs元件结合因子结合蛋白（Ocs-element binding factor binding proteins, OBPs）是植物中一类特异的转录因子（Transcription factors, TFs）。它们属于单锌指DNA结合（DNA-binding with one finger, DOF）基因家族，以含有一个锌指DNA结合结构域为特征。研究表明，OBPs 参与基因调控以响应生物和非生物胁迫。它们与 OBFs 相互作用以增强其与章鱼碱合成酶基因（octopine synthase gene, ocs）的结合，这是响应病原物的植物基因启动子的一个特征。DOF TFs已在包括水稻、拟南芥（Arabidopsis thaliana ）和大豆（Glycine max）等的多种植物中被鉴定和研究。在拟南芥中，AtOBP基因参与调控植物的生长和发育，特别是根系的生长和发育。比如AtOBP1参与对拟南芥根细胞的细胞周期调控；AtOBP3调节光敏色素信号传导，并在植物生长和发育中起重要作用。然而，OsOBP4 如何参与耐盐机制仍不清楚。
在该研究中，作者首先对其他植物（如水稻、大豆等）和拟南芥中的OBP4 进行了多序列比对和基序分析。结果表明，锌指结构在所有检测的物种中都是高度保守的（图1、2）。
图1. OsOBP4 与其他植物物种 OBP4 的多重序列比对
图2. 水稻和其他植物物种中 OBP4 的基序分析（A）C2-C2 锌指结构域的序列（B）
OBPs是植物中保守性最高的TFs之一，它们参与对多个重要基因的转录调控。因此，作者对OsOBP4的转录激活活性以及定位情况进行了分析。结果表明，OsOBP4是一个TF并定位于细胞核（图3）。
图3. OsOBP4转录活性测定（A）亚细胞定位分析（B）
随后作者在不同发育阶段的不同水稻组织中检测OsOBP4的表达水平，结果表明，OsOBP4在植物不同发育阶段的不同组织中差异表达（图4）。
图4. OsOBP4在不同发育阶段不同组织中的表达水平
为了研究OsOBP4的表达是否可能受到非生物胁迫的诱导，作者检测了在盐、干旱和ABA处理下，水稻中OsOBP4的表达情况。结果表明，OsOBP4的水平可由盐、干旱和ABA胁迫诱导（图5）。
图5. OsOBP4对非生物胁迫诱导（盐胁迫、干旱胁迫和ABA）的表达水平
为进一步探究OsOBP4在植物生长发育中的作用，作者构建了转基因拟南芥，并对其在盐、干旱和ABA胁迫下的萌发率进行了检测（图6）。此外，作者还观察了在盐胁迫下，转基因拟南芥的生长发育情况（图7）。结果表明，盐胁迫下Atobp4 突变株的根长和侧根数量都显著降低，而OsOBP4的过表达可缓解盐胁迫对Atobp4突变植株根发育的影响。
图6. 转基因植株种子在不同胁迫下萌发率检测（正常条件（A）、0.6 µM ABA（B）、75 mM NaCl（C）和 75 mM 甘露醇（D））
图7. 盐胁迫下，转基因植株的生长发育
为了进一步了解OsOBP4的功能，作者对其互作蛋白进行了生物信息学预测。发现OsOBP4 可能与开花调控相关的蛋白OsMADS14以及与光反应相关的蛋白OsJ_23098（光系统 I 蛋白样蛋白）和 OsTHF1（类硫基形成 1）存在联系（图8）。
图8. 基于 STRING 数据库发现 OsOBP4 与其他蛋白质相互作用
接下来，作者检测了在正常和盐胁迫条件下的开花率和开花时间（表1、图9）。还检测了转基因拟南芥中OsMAD14直系同源物的表达情况（图10）。结果表明，在盐胁迫条件下，OsOBP4的表达与开花调控基因之间存在相互作用。
表1. 拟南芥植物在正常或盐胁迫下生长时的开花率（%）
图9. 拟南芥植物在正常或盐胁迫下开花时间（A）和开花期（B）叶片数
图10. 在正常和盐胁迫下拟南芥植株中 AGL7 基因（A）和AGL10基因（B）的相对表达
由于之前预测OsOBP4与OsTHF1和OsJ_23098相关蛋白之间存在相互作用，因此研究了盐胁迫下不同植株之间叶绿素荧光以及光合作用参数（图11）。结果表明，OBP4参与盐胁迫条件下光合作用的能量耗散。
图11. 正常条件（A）盐胁迫（B）下叶绿素诱导曲线，正常条件下（C）和盐胁迫（D）下光合作用参数蛛网图
为研究植物生长在盐胁迫下的响应，作者检测了在盐处理下拟南芥植株的鲜重和干重（图12）。此外，为了研究对生殖生长的影响，还检测了每株植物的花序数量（图13）。结果表明，OBP4支持盐胁迫条件下植物的生长和繁殖。
图12. 盐胁迫下植物鲜重（A）和干重（B）的减少百分比
图13. 每株植物的花序数量（A）和花序数量的减少百分比（B）
文献总结与分析
非生物胁迫可激活植物细胞中的多种胁迫反应级联信号。调控下游胁迫相关基因表达的TFs使植物能够适应恶劣的环境条件。因此，鉴定与非生物胁迫响应和水稻开花相关的基因并确定其特征对于提高产量非常重要。该研究证明OsOBP4在植物应对环境胁迫和花期控制过程中起着重要的作用。OsOBP4的过表达通过增强根系生长、AGL7表达以诱导花分生组织以及维持叶绿体中光反应过程以提高耐盐性。这些发现有助于我们更好地了解水稻应对环境胁迫的调控机制。
于本课题组启示
本课题组的硕士研究生蒋文君目前主要研究方向为水稻非生物胁迫相关基因的作用机制。该研究对于我们在研究盐胁迫过程中，植物生理指标的分析、胁迫相关基因的表达分析等均有一定的参考价值。但该研究中互作蛋白的分析等数据只来源于生信分析，机理分析不够系统、充分等原因可能也是限制该研究在更高水平期刊发表的原因。此外，通过对文中数据的分析，也促使我们认真思考在向高水平期刊投稿时，我们的创新点、优点和不足都有哪些。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0098847224001060
