玉米转录因子ZmbHLH91对非生物逆境胁迫的应答

bHLH(basichelix-loop-helix)是植物中一个重要的转录因子家族,在调控植物生长发育、逆境胁迫及信号转导过程中发挥着重要作用。目前,动物中大部分bHLH转录因子功能已明确,但是在植物中,尤其是玉米中的研究报道较少。在前期工作中,我们对玉米生长发育过程中的4个关键时期进行了根系表型鉴定和转录组测序分析,发现转录因子ZmbHLH91在六叶期(V6)、十二叶期(V12)和抽雄期(VT)的相邻时期间的表达均差异显著,且ZmbHLH91在V6,V12和VT这些根系生长发育活跃期的表达量较高,推测该基因可能调控玉米根系的生长发育。为探究ZmbHLH91基因在根系生长和抵抗逆境胁迫方面的作用,本研究克隆了ZmbHLH91(AC:NC_AQL05369)基因,该基因全长2112bp,具有bHLH转录因子家族特有的保守结构域。实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析表明,ZmbHLH91在玉米根中的表达量最高,其在三叶期幼根中的表达量高于抽雄期成熟根。在高盐、渗透、低温以及脱水胁迫处理下,玉米幼苗中ZmbHLH91的表达均上调。在无胁迫处理的1/2 MS培养基上,ZmbHLH91异源表达拟南芥与野生型拟南芥的根长无明显差别,而在梯度浓度NaCl和甘露醇处理的培养基上,ZmbHLH91异源表达拟南芥的根均长于野生型,且差异显著;在土壤中进行干旱和高盐处理后,转基因拟南芥比野生型拟南芥表现出更好的生长状态、更高的过氧化物酶(POD)活性和更高的绿叶率。推测ZmbHLH91基因可能参与响应高盐、干旱以及渗透胁迫等逆境条件。ZmbHLH91基因在茉莉酸(jasmonic acid,JA)、脱落酸(abscisic acid,ABA)等激素处理下均上调表达,推测ZmbHLH91基因可能参与响应JA和ABA激素信号。在梯度浓度JA处理的培养基上,转基因拟南芥的根长均长于野生型,且差异显著。酵母双杂交实验表明ZmbHLH91与ZmMYC2相互作用,ZmMYC2是JA信号通路中重要的蛋白,由此推测ZmbHLH91蛋白可能参与JA信号通路。综上所述,ZmbHLH91可能参与高盐、干旱和渗透胁迫应答及JA信号转导途径。本研究为进一步解析ZmbHLH91在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。