乙烯反應因子對甘藍缺氧反應之調節

Abstract

結球甘藍為台灣重要蔬菜，台灣每年夏秋季颱風及過度的強降雨常造成淹水，而淹水所伴隨之缺氧逆境嚴重影響甘藍的產量及品質。因此，培育出具淹水耐受性之甘藍，為台灣重要的課題。目前已知甘藍品種‘大蕊’之淹水耐受性較甘藍品種‘228’高，然而造成兩品種淹水耐受性差異之分子機制仍未被研究。水稻與阿拉伯芥之乙烯反應因子第七家族(ERF-VIIs)為調控淹水耐受性之關鍵轉錄因子。本研究利用阿拉伯芥和水稻ERF-VIIs序列相似度找尋甘藍之BoERF-VIIs，發現有八個基因具有N端之特殊保守性序列，再利用本實驗室既有的RNA-seq數據搭配qPCR檢測該八個基因於淹水逆境下之表現量，發現‘大蕊’有六個基因顯著較‘228’高，且其中之BoERF71、BoRAP2.3-Like1、 BoRAP2.3-Like2及BoERF73-Like受淹水逆境顯著誘導，BoRAP2.12及BoRAP2.2則較不受淹水逆境誘導。此外，本研究利用oxyrase建立原生質體瞬時基因表達系統之缺氧處理平台，並挑選出BoERF71及BoRAP2.12進行檢測，發現兩基因於缺氧狀態下蛋白質會積累於細胞中，並於復氧狀態下該積累顯著下降，且若利用定點突變更改N端之胺基酸，則可使其蛋白質於復氧狀態下繼續積累於細胞中，顯示BoERF71及BoRAP2.12受N-degron途徑調節。利用原生質體瞬時基因表達系統發現過表達BoERF71，可上調無氧呼吸核心基因之BoADH1及BoSUS1-Like啟動子，顯示ERF缺氧時的累積可誘導下游基因表現，進而調節甘藍淹水耐受性。本研究更進一步評估造成‘大蕊’之BoERF-VIIs表現量顯著較‘228’高之原因，是與其自身啟動子序列有關，或與其他調控機制有關。結果顯示於缺氧逆境下BoERF71蛋白質累積量，於‘大蕊’之細胞背景下可顯著較‘228’之細胞背景高，而利用‘大蕊’之BoERF71啟動子無法顯著使BoERF71蛋白質累積量較利用‘228’之啟動子高，顯示BoERF71之上游調節因子為造成‘大蕊’表現量顯著較‘228’高之主因。總結上述，甘藍之BoERF-VIIs與阿拉伯芥之AtERF-VII調控耐淹水之機制相當相似，更耐淹水之甘藍品種之BoERF-VIIs於淹水逆境下，具更高之表現量及蛋白質累積量，進而調節下游無氧呼吸核心基因調節淹水耐受性。因此，BoERF-VII可作為甘藍調節淹水耐受性之指標基因，有潛力應用於分子輔助篩選更具耐淹水之甘藍品種，以加速耐淹水甘藍之培育。