低温响应转录因子PbeNAC56调控梨抗寒的分子机制研究

Cold stress is regarded as a key environmental factor that impairs pear growth and development in production. Cold-resistant breeding in pear via gene resources is one of the most effective strategies. In previous study, we found PbeNAC56 was induced by cold stress in the process of analyzing the transcriptomes of Pyrus betulaefolia. On this basis, the function of the gene will be identified by overexpression and gene silencing in pear. In addition, the RNA-Seq is used to screen different expression genes and establish the expression profiles. Then the yeast one-hybrid system and electrophoretic mobility shift assay are used to separate the upstream and downstream genes of PbeNAC56, the temporal and spatial expression characteristics of these genes are analyzed by real-time PCR. Finally, the interacting proteins will be screened by yeast two-hybrid and bimolecular fluorescence complementation. The results of this project aim to reveal the cold resistance mechanism of PbeNAC56 and provide important genetic resources for pear resistance engineering, which provide theoretical basis for the analysis of low temperature response network with PbeNAC56 as a node. Thus, this project has important theoretical significance and potential value.

在生产中，低温是影响梨生长发育的重要环境因子，挖掘并利用优良抗寒基因是梨抗寒育种最有效的手段之一。本项目在对杜梨低温转录组分析的基础上筛选出一个低温响应转录因子PbeNAC56，拟首先采用超表达和基因沉默相结合的办法共同研究该基因的功能，并对低温处理前后转基因和非转基因植株进行转录组分析，筛选差异表达基因；然后利用酵母单杂交和凝胶迁移率实验分离鉴定PbeNAC56上下游的调控基因；最后利用酵母双杂交和双分子荧光互补等技术筛选PbeNAC56的互作蛋白，并构建互作蛋白的调控网络。综上所述，本项目的研究旨在揭示转录因子PbeNAC56抗寒的分子机制，为解析以PbeNAC56为节点的低温应答网络提供理论基础。

梨是我国主要的果树之一，广泛分布于全国各地，梨产业的发展对促进地区经济发展有重要作用。近年来梨产业虽然取得了巨大的进展，但常受到低温，干旱和盐碱等非生物胁迫的影响，因此如何高效提高梨树的抗逆性成为当前迫切需要解决的课题。近年来随着基因工程的发展，为梨的抗逆育种提供了一条新途径。NAC（NAM，AFAF1/2和CUC2）类转录因子在植物对逆境的响应中起到了关键作用。然而植物NAC转录因子响应各种非生物胁迫的潜在机制还不是很清楚。本项目以杜梨为试验材料，研究了PbeNAC56基因的主要抗逆功能，并以PbeNAC56为节点分析其抗逆作用机理。结果表明：PbeNAC56蛋白属于NAC转录因子家族中的NAP亚家族，并具有非常保守的N端和一个核定位信号。PbeNAC56具有转录激活活性并定位于细胞核。PbeNAC56能够被低温，脱水和盐胁迫诱导。与对照相比，超表达PbeNAC56的转基因烟草具有较强的抗寒能力。在低温处理前后，8个与抗氧化或抗逆相关基因的表达量也显著高于对照。进一步研究表明，PbeNAC56能与PbeDREB1进行蛋白互作，参与了DREB1所介导的信号通路，超表达PbeNAC56转基因株系抗逆能力的提升可能与此有关。NAC转录因子的功能研究在模式植物和农作物中较广泛，但在木本植物中的研究较少。本项目详细分析了杜梨PbeNAC56的抗逆功能及其潜在的作用机理，丰富了NAC转录因子的功能研究，并为其应用于木本植物提供了理论依据。