甜瓜天然抗性巨噬细胞蛋白基因CmNRAMP5的生物学功能研究

natural resistance-associated macrophage protein (NRAMP), belongs to evolutionarily conserved and encodes integral membrane proteins that transport a broad range of metal ions. All genes of five NRAMPs in melon were identified by genome-wide analysis, whose biochemical function was unknown. In this study, the biological function of CmNRAMP5 in the family, which was differentially expressed during fruit development, will be analyzed, using the typical climacteric melon variety Hetao. The promoter activity and the expression patterns of CmNRAMP5 genes at different tissue and developmental stages, as well as in response to different hormone and stress will be characterized, in order to identify where the genes play the role. The metal transport activity will be characterized in yeast cells. Furthermore, overexpression and RNAi vectors with CmNRAMP5 will be constructed and the function of the gene will be analyzed through the transient gene expression in melon intact fruits; transformed into tobaco. The phenotypes and related genes expression will be analyzed. The function of CmNRAMP5 gene in metal transport activity, during growth and stress will be characterized in melon.

天然抗性相关巨噬细胞蛋白（natural resistance-associated macrophage protein，NRAMP）属于进化上保守的，具有金属离子转运功能的膜整合蛋白。通过甜瓜全基因组分析，已鉴定出5个CmNRAMP基因家族成员，到目前为止，其生物学功能还未知。本研究以典型的呼吸跃变型甜瓜品种河套蜜瓜为研究对象，对果实发育过程中差异表达的CmNRAMP5基因的生物学功能进行解析。通过对CmNRAMP5在甜瓜生长发育及应对不同矿物营养、激素及逆境中的表达特性和启动子的研究，明确该基因时空表达特性。并进行了CmNRAMP5在酵母细胞中金属转运特性分析。构建过量表达和RNAi载体，在果实中瞬时表达上述载体，快速鉴定其功能；转化烟草，分析观察转基因植株的表型变化及相关基因的表达水平等，从而阐明CmNRAMP5基因在甜瓜生长发育、金属离子转运及逆境胁迫应答中的功能。

天然抗性相关巨噬细胞蛋白（natural resistance-associated macrophage protein，NRAMP）属于进化上保守的，具有金属离子转运功能的膜整合蛋白。研究发现，CmNRAMP5基因在甜瓜果实发育过程中差异表达。为此，我们研究了NRAMP基因在果实发育调控的生理和分子机制：1）家族成员时空表达特性；2）过表达和基因编辑甜瓜植株生长、果实发育特性；3）果实发育转录组学和蛋白组学关联分析；4）蛋白互作分析。本研究取得了如下主要研究进展和创新成果：1）ABA、吲哚乙酸、细胞分裂素、茉莉酸甲酯、油菜素甾醇、Fe2+和Cu2+处理可以显著改变CmNRAMP5基因表达水平，该基因的转录水平在果实内源乙烯产生的峰值时最高；2）构建GFP融合蛋白，转化到拟南芥原生质体亚细胞定位结果显示，该蛋白定位在细胞膜中；3）对果实发育情况来说，过表达材料与对照相比，表现出早熟，基因编辑材料与对照相比，表现晚熟；4）对果实不同发育时期进行了转录组学和蛋白组学关联分析，揭示了甜瓜果实发育的分子调控网络；5）通过双分子荧光互补实验，初步鉴定CmNRAMP5可能与EIN2存在蛋白互作。截止2020年12月31日，本项目已经发表期刊论文4篇，其中SCI论文1篇，培养博士生1名，毕业硕士2名。