响应盐胁迫的珠美海棠水通道蛋白的功能解析

A lack of salt tolerance severely affects plant productivity. Apple, as a perennial woody plant，its mechanism of salt stress adaption will be different from that of annual herbal model plants. Aquaporins, playing very important role by mediating transmembrane water transportation in response to salt stress, function more complexly in salt stess response as well. We have cloned 6 genes encoding aquaporins from the salt-tolerant rootstock Malus zumi Mats. Previous RT-PCR results proved that they respond to salt stress in different patterns. We will overexpress and interfere the expression of the aquaporin genes in Malus zumi Mats. The function of the aquaporins and their roles in response to salt stress could be elucidated by analyzing transmembrane water transportation, Na+ compartmentation, K+ channel protein and MzPIPs trafficking coordinated by SYP in the transgenic plants. In addition, in vitro dimerization of aquaporins, in vivo phosphorylation of aquaporins will characterize the post-translation modification of aquaporins. Most importantly, the expression of MzPIPs /TIPs in the transgenic plant over-expressing MzCDPK and the promoter deletion results, will contribute to the clarification of the pathway in which aquaporins is regulated in response to salt stress.

盐害直接影响苹果的生产，其耐盐分子机理的阐明，依赖于耐盐基因功能的解析，水通道蛋白是响应盐胁迫的关键基因。相对于模式植物，它在木本植物中，对盐胁迫的响应更加多样和复杂，值得探索。申请人已从耐盐苹果砧木珠眉海棠中克隆了6个响应盐胁迫的水通道蛋白 ,超表达水通道蛋白提高了拟南芥耐盐性。本研究将在珠眉海棠中超表达和RNA干涉这6个水通道蛋白，揭示盐胁迫下，转基因珠眉海棠中水通道蛋白在水分跨膜转运中的作用。"拒Na+吸K+"是耐盐的核心问题，转基因珠眉海棠中Na+的区隔化、SYP协调的质膜水通道蛋白与K+通道蛋白转运的研究，将从新的角度揭示水通道蛋白在盐胁迫响应中的角色。深入的体外二聚化、体内磷酸化分析将揭示水通道蛋白的特性。并通过超表达CDPK珠眉海棠中水通道蛋白的表达及启动子的删除研究，为阐明水通道蛋白响应盐胁迫的途径打下基础。

我国苹果主产区的盐和干旱胁迫严重危害苹果的生长，影响苹果果实的品质与大小。因此，提高水分的吸收及转运效率成为推进苹果产业的主要目标之一。培育高效吸收水分、运输、利用水分的苹果砧木类型和接穗品种，不仅能提高苹果砧木的耐盐和耐旱性，还能维持品种在轻度胁迫下苹果果实的大小，保证其经济价值。 水通道蛋白，通过改变自身的数量及活性，控制水分的跨膜转运，调控水分运输。深入挖掘水通道蛋白调控水分效率的分子机制，将为通过分子育种培育耐旱苹果提供新思路。.本项目从耐盐苹果砧木珠眉海棠中克隆得到8个苹果属水通道蛋白基因（MzPIP1;1、MzPIP1;2、MzPIP1;3、MzPIP2;1、MzPIP2; 2、MzTIP1、MzTIP2 、MzTIP3），通过生物信息学分析及亚细胞定位，确认其属于水通道蛋白家族。并且发现，它们在盐胁迫及苹果果实发育过程中不同程度地表达，表明其可能参与非生物胁迫响应及果实发育。进一步的功能研究发现，MzPIP2;1受盐诱导，并且在根、茎和叶片的维管组织及其周围细胞中表达，表明MzPIP2;1可能参与植物根系的水分吸收及水分的横向运输。同时，观察到在低盐及干旱胁迫下，异源表达MzPIP2;1的转基因拟南芥幼苗较野生型对照，有更高的鲜重、根长和侧根数，生长优于野生型。因此，异源表达MzPIP2;1通过增加有效的水分吸收及水分横向运输，提高了转基因拟南芥幼苗耐低盐胁迫及干旱胁迫的能力。同样地，异源表达MzPIP1;3的转基因番茄植株也表现出明显的抗旱表型。通过体外叶片失水率及气孔的观察试验，我们初步确认，异源表达MzPIP1;3通过使转基因植株的气孔在干旱胁迫下迅速关闭，减少水分的丧失，从而提高了转基因番茄的抗旱性。此外，异源表达MzPIP2;1、MzPIP1;3和MzTIP2，通过增加进入转基因番茄果实细胞的水分，使细胞充盈膨大，从而使转基因果实变得更大且更重，证明水通道蛋白参与果实发育。这些研究将为培育大果实、高抗逆性的苹果进一步提供理论依据，推进苹果育种。