黄瓜多向耐药性蛋白基因CsPDR在农药霜霉威降解过程中的功能分析

The use of pesticide is one of the most important ways of protecting plant products against harmful organisms, includiong pathogenic microorganisms, and of improving agricultural production. However, continuous use of pesticides may involve risks and hazards for humans, animals and the environment. Although the problems of pesticide residue in vegetables have become the hot issues in the current study, the study from genetics, breeding, and the organism own characteristics to solve the problems of pesticide residue is still less. The research will provide insight into molecular mechanisms of low pesticide residue in cucumber. This project aims to investigate the subcellular localization, expression characteristics and functional analysis of gene related with propamocarb residue in cucumber, multiple drug resistance protein (CsPDR), based on the earlier research of CsPDR gene isolation by using Solexa and homologous amplification technology. These results thereby will not only lay the foundation for the molecular breeding of new cucumber variety with low pesticide residues, but also provide the reference for genetic improvement and germplasm innovation of other pollution-free vegetables and organic varieties, as well as provide the reference for the regulation mechanism at the molecular of plant pesticide residues.

长期以来在蔬菜生产上，农药的大量及不合理地使用，导致蔬菜商品受到严重的污染，也对人类健康和生存环境造成了严重的危害。虽然蔬菜农药残留问题已成为目前研究的热点问题，然而从遗传学和育种的角度探索农药残留的发生机理，从生物体自身特性解决农药残留问题的研究仍然较少。为全面认识黄瓜低农药残留性的分子调控机理，本项目在前期利用Solexa和同源扩增技术分离获得黄瓜低霜霉威残留性相关基因，即多向耐药性蛋白CsPDR的基础上，拟对其进行亚细胞定位、表达特征和功能分析，以期探明其对黄瓜果实霜霉威残留性的影响，从而为低农药残留性的黄瓜新品种选育及分子育种奠定基础，同时也将为其它蔬菜作物无公害及有机品种的遗传改良与种质创新，以及植物农药残留性的分子调控机理研究提供参考。

长期以来在蔬菜生产上，农药的大量及不合理地使用，导致蔬菜商品受到严重的污染，也对人类健康和生存环境造成了严重的危害。研究低农药残留性相关基因表达调控机制，选育出低农药残留的蔬菜新品种则是解决这些问题的根本途径。为全面认识黄瓜低农药残留性的分子调控机理，本研究基于前期Solexa测序基础上，以黄瓜低残留品系D0351和高残留品系D9320为材料，克隆了2个ABC转运蛋白基因CsPDR、CsABC19和1个转录调节相关的转录因子CsWRKY30基因并在生物信息学分析、表达模式分析、遗传转化及功能验证等方面进行了系统深入的研究。以期探明其对黄瓜果实霜霉威残留性的影响，从遗传育种角度寻找解决黄瓜农残问题的新途径，进而为利用分子育种技术培育低农药残留性的黄瓜新品种奠定基础。重要研究结果如下：.（1） 揭示了在霜霉威胁迫下黄瓜CsPDR基因在低残留品系D0351和高残留品系D9320中不同时期不同组织的表达特征；克隆获得了黄瓜CsPDR基因，生物信息学分析表明其含有PDR型ABC转运蛋白基因的典型结构域，属于ABC转运蛋白基因家族；同时构建了CsPDR基因过表达载体；通过将该基因转化拟南芥验证发现该基因与低农残的相关性，初步确定为低农残相关基因。.（2）揭示了在霜霉威胁迫下黄瓜CsABC19基因在低残留品系D0351和高残留品系D9320中不同时期不同组织的表达特征；克隆获得了黄瓜CsABC19基因，同时构建了CsABC19基因过表达载体；发现CsABC19基因在细胞核、细胞膜及细胞质中表达；通过转拟南芥验证CsABC19基因的存在，可提高转基因植株对霜霉威和糖胁迫的适应性和耐性，并且使转基因植株的霜霉威残留量有所降低；获得阳性转CsABC19基因黄瓜株系5株。.（3）揭示了黄瓜在霜霉威胁迫下，CsWRKY30在低霜霉威残留品系D0351和高霜霉威残留品系D9320中表达特征；明确了CsWRKY30基因主要在黄瓜果实中表达；定位在细胞核上；通过CsWRKY30基因转入拟南芥分析发现，在2mM霜霉威胁迫下的CsWRKY30转基因株系萌发率及主根长均显著高于野生型；还发现CsWRKY30对霜霉威和多主棒孢霉菌条件积极响应，对干旱和高盐没有作用，同时受ABA信号诱导；获得了转基因F1代黄瓜种子。