转录因子基因PtrZPT2-1调控柑橘非生物胁迫响应基因表达的分子机理研究

Citrus yield, quality and geographical distribution are severely limited by abiotic stresses including cold, drought and high salt, which lead to gigantic economic losses. PtrZPT2-1 is the key transcription factor gene regulating the expression of plant abiotic stress responsive genes. We previously cloned PtrZPT2-1 and its promoter from trifoliate orange (Poncirus trifoliata (L.) Raf.), an abiotic stress hardy variety in citrus, and proved that overexpression of PtrZPT2-1 could enhance the stress tolerance of transgenic tobacco. We also obtained the transgenic lemon seedlings overexpressed PtrZPT2-1 for further study. In this project, we will further study the transcription activity and DNA binding trait of PtrZPT2-1 transcription factor. The upstream and downstream stress responsive genes regulated by PtrZPT2-1 will be isolated using yeast one-hybrid and RNA sequence technologies. Moreover, the expression patterns of these genes in trifoliate orange after abiotic stress treatments will be studied by real-time quantitative PCR. The results of this project will help us to understand the molecular mechanism of PtrZPT2-1 regulating the expression of citrus stress responsive genes, and find out more stress resistance genes that can be used to enhance the citrus stress resistance by genetic engineering.

低温、干旱和高盐等非生物胁迫严重限制了柑橘的产量、品质和地理分布，造成了巨大的经济损失。PtrZPT2-1是调控植物非生物胁迫响应基因表达的关键转录因子基因。前期研究中，我们已从柑橘类植物中抗逆性较强的枳中克隆出了PtrZPT2-1基因及其启动子序列，并证明了在烟草中超量表达PtrZPT2-1，能显著提高转基因烟草抗逆性。另外，我们还获得了一批超量表达PtrZPT2-1的柠檬转基因幼苗。在此基础上，本项目拟深入研究PtrZPT2-1的转录活性和DNA结合特性，并通过酵母单杂交和转录组测序等技术分离PtrZPT2-1调控的上下游抗逆基因，再通过实时定量PCR分析胁迫处理后这些基因在枳中的表达模式。本项目的结果将帮助我们阐明PtrZPT2-1调控柑橘非生物胁迫响应基因表达的分子机理，并顺着PtrZPT2-1调控的上下游基因，找到更多的抗逆基因，为柑橘抗逆基因工程提供新的基因资源和理论基础。

柑橘的生长发育和果实品质经常遭受低温、干旱、高盐等非生物胁迫的影响，造成了巨大的经济损失。ZPT2-1是调控植物非生物胁迫响应基因表达的关键转录因子。本项目在前期研究的基础上，鉴定了枳PtrZPT2-1基因功能，并研究了PtrZPT2-1调控下游非生物胁迫响应相关基因表达的分子机理。研究结果表明，与野生型柠檬相比，冷、干旱和高盐处理后，超量表达PtrZPT2-1的转基因柠檬中大量非生物胁迫相关基因表达量显著改变，导致其离子渗透率、丙二醛、过氧化氢含量显著降低，而脯氨酸含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性显著增加，抵御冷、干旱和高盐胁迫的能力增强。进一步研究表明， PtrZPT2-1转录因子同源二聚体具有转录激活活性。PtrZPT2-1可以结合在PtrNCED3启动子上的核心元件（GCAGT）上，调控其表达。另外，PtrZPT2-1启动子上含有多个非生物胁迫响应顺式作用元件。PtrABF2可以特异性的与 PtrZPT2-1启动子上的ABRE元件（ACGTG）结合，并调控其表达。另外，PtrZPT2-1可以和 PtrMYB96 转录因子在植物细胞核中互作。在冷、干旱、高盐和ABA处理后，PtrZPT2-1的上下游调控基因可以被诱导表达。综上所述，PtrABF2可以调控PtrZPT2-1表达。PtrZPT2-1可以与PtrMYB96互作，调控下游非生物胁迫基因表达，提高柑橘抵御冷、干旱和高盐胁迫的能力。