小麦TaFLZ4D调控耐盐性的功能及分子机制研究

Salinity tress seriously affects wheat productivity, but molecular mechanisms of wheat tolerance to salinity are not very clear. Former, we identified a salinity tolerance related gene TaFLZ4D belonging to a plant specific C2C2 zinc finger FLZ family. We demonstrated that TaFLZ4D was differently expressed between salinity tolerant (SR3) and sensitive wheat species (JN177), with higher transcript level in SR3. Overexpression of TaFLZ4D increased Arabidopsis and wheat tolerance to salinity stress and sensitivity to ABA. The transcript level of some downstream marker genes of ABA dependent pathway, such as ABF3, RD19A enhanced significantly in TaFLZ4D transgenic lines. Further, TaFLZ4D interacted with SnRK2.2, a critical factor of ABA signaling pathway. TaFLZ4D transgenic plants decreased tolerance to NaCl under 5-azaC treatment. Based on these results, we suggested TaFLZ4D increased salinity stress tolerance through epigenetic modification and /or interacting with SnRK2.2 to increase expression level of ABF3, RD19 in plant. In this project, we want to systematically investigate the function and the molecular mechanism of TaFLZ4D in regulating salinity stress tolerance to provide new genes and materials for genetic improvement of wheat.

土壤盐渍化严重影响小麦的产量，但人们对小麦耐盐分子机制的认识还非常不足。我们前期筛选到一个耐盐相关基因TaFLZ4D，属于FLZ（FCS-Like Zinc Finger）基因家族，是新发现的一类植物特有的C2C2锌指。前期工作表明：该基因在小麦耐盐渐渗系山融3号（SR3）中高表达，与亲本小麦济南177(JN177)表达差异显著，过表达后可提高拟南芥和小麦的耐盐性且对ABA敏感；可诱导ABA信号通路基因ABF3、RD19A的上调表达；该蛋白可与ABA信号通路关键蛋白SnRK2.2互作；甲基化抑制剂5氮胞苷处理可降低TaFLZ4D过表达植株的耐盐性。我们推测TaFLZ4D可能通过表观遗传修饰及与SnRK2.2互作提高ABF3、RD19A的表达，增强植物耐盐能力。本项目拟在前期工作基础上，系统分析TaFLZ4D的耐盐功能及分子机制，为小麦耐盐遗传改良提供新基因和新材料。

土壤盐渍化严重影响小麦的产量，但人们对小麦耐盐分子机制的认识还非常不足。我们前期通过转录组分析筛选到一个小麦耐盐相关基因TaFLZ4D，该基因属于FLZ（FCS-Like Zinc Finger）基因家族，是新发现的一类植物特有的C2C2锌指。该基因在小麦耐盐品种（SR3）中高表达，与亲本盐敏小麦济南177(JN177)中的表达差异显著，但具体的耐盐功能和分子机制不清楚。通过项目实施表明：TaFLZ4D是ABA依赖耐盐信号通路中的正调控因子，超表达后可提高转基因拟南芥和小麦的耐盐性，CRISPR基因编辑敲除该基因后小麦的盐敏感程度增加；分子机制研究表明：TaFLZ4D通过TaSGT1介导与TaRGLG1互作使磷酸酶（TaPP2Ca等）泛素化降解，促进了SnRK2激酶（SnRK2.6等）的活性及其下游的信号通路转导，从而提高了植物细胞膜的稳定性、对氧化胁迫的抗性及对离子胁迫的耐受性，提高小麦对盐胁迫的适应（图19）。这一表观遗传信号通路（泛素化）通过磷酸酶（PP2Ca）与ABA依赖的耐盐信号通路的结合是FLZ耐盐信号通路的新观点，具有较好的创新性。这些研究结果深化了人们对FLZ基因家族耐盐功能的理解，丰富了人们对植物耐盐分子机制的认识，为小麦耐盐遗传改良提供了新基因和新材料。通过项目实施，项目共发表高水平论文4篇；申请国家发明专利2项；培养研究生4名。在项目研究过程中发现了新的基因调控网络，在此基础上，申请山东省自然基金面上项目1项。总之，完成了任务书中的研究内容和目标。