梨BBX转录因子基因增强盐胁迫耐性的机理解析

Saline affects growth, production and quality of fruit trees. Pear is propagated mainly by grafting, so it has vital significance for the development of pear industry on saline land to further clarify the salt stress response and regulation mechanism of pear rootstock, the interaction between rootstock and scion, as well as cultivate new stock varieties with salt tolerance by molecular biology methods. On the basis of salt-responded cDNA library screening in Pyrus betulifolia, this project intends to separate BBX transcription factor gene PbBBX24 with high transcription abundance and analyze its expression pattern. Then through sub-cellular localization and transcriptional activation analysis, determine the transcription factor character. Adopting over-expression and RNAi techniques, analyze the function involved in salt stress tolerance with heterologous and homologous transformation, and determine the salt stress tolerance of graft plants taking the transgenic plants as rootstocks. Then the regulon genes are isolated by RNA-seq and the target downstream gene is determined by EMSA, and the accumulation level of PbBBX24 protein is detected; also, the mechanism of PbBBX24 in transgenic graft plants is analyzed. We hope to explore the regulation mechanism of PbBBX24 in salt stress response, in multiple aspects of gene expression regulation and the two perspectives of rootstock and scion, provide effective gene and theoretical basis for create excellent salt-tolerant pear stock materials.

盐渍影响果树的生长、产量和品质。对于以嫁接繁殖为主的梨树来说，以砧木研究为切入点，探讨砧木的盐胁迫响应机理，及与接穗的协同作用机制，并应用分子生物学手段培育耐盐砧木新品种，对促进我国盐碱地区梨产业发展有重要意义。本项目在筛选杜梨盐胁迫响应cDNA文库的基础上，分离转录丰度较高的BBX转录因子基因PbBBX24，分析其表达模式；通过亚细胞定位和转录激活分析，确定其转录因子特性；利用过表达和RNAi技术进行异源和同源盐耐性功能验证，并以转基因植株为砧木进行嫁接后盐耐性分析；通过RNA-seq分离PbBBX24下游调节基因，采用EMSA技术确定其靶基因，同时检测盐胁迫下PbBBX24蛋白的积累水平，并分析转基因嫁接材料中PbBBX24的作用机制，以期从基因表达调控的多个层面、砧木和接穗两个部分，探讨PbBBX24在盐响应途径中的调控机理，为创造优良的耐盐梨砧木新材料提供有效的基因储备和理论基础。

非生物胁迫，包括盐渍、干旱、低温等影响梨树的生长、产量和品质。探讨梨砧木的非生物胁迫响应机理，并应用分子生物学手段培育耐性砧木新品种，对促进我国梨产业发展有重要意义。本项目结合梨BBX家族成员以及盐胁迫响应cDNA文库分析，发掘PbBBX24基因，明确其在非生物胁迫下的表达模式；建立秋子梨遗传转化体系，通过RNAi和过表达技术在梨和拟南芥中同源和异源表达，进行转基因植株的非生物胁迫耐性功能验证；同时分析PbBBX24基因在植物个体发育及花期调控方面的调控作用；并结合PbBBX24基因启动子和下游调节子基因分析探讨PbBBX24影响植株开花时间、非生物胁迫耐性的分子机制。获得的结果表明，梨树中包含37个BBX家族成员，其表达水平在不同组织以及不同胁迫处理下有明显不同，其中PbBBX2，PbBBX5-1以及PbBBX24对低温和干旱响应最明显；PbBBX24基因在植物个体发育过程中也表现出差异表达，在童期阶段，PbBBX24表达水平较高，而在成年期，其表达水平下调，但进入生殖生长阶段，基因表达水平重新被诱导；且PbBBX24蛋白定位于细胞核内；通过在模式植物拟南芥以及秋子梨中过量表达和沉默PbBBX24基因，发现PbBBX24基因在梨树中具有正调节非生物胁迫耐性和负调节个体发育尤其是花期的功能，且PbBBX24主要通过负调节SPL家族成员的表达来延迟童期阶段转化和开花诱导，通过负调节赤霉素途径延迟调控成花诱导。这些结果为培育具非生物胁迫耐性的梨砧木，或童期缩短的梨新品系提供有效的基因储备和理论基础，对梨树育种具有一定的应用意义。目前已发表SCI论文3篇，协助培养研究生四名。