HD-Zip转录因子对杜梨耐渗透胁迫的调节机理研究

Birch-leaf pear (Pyrus betulaefolia), a pear species originating from China. In our previous works,transcriptome analysis by high-throughput sequence using DL-518,a pear strain with high torelant to high salt and drought stress,revealed significant richment and up-regulated expression of HD-Zip transcription factors after 24h with 150 mM NaCl treatment.The induced expression of PbHB by high salt and drought stress was confirm by Real-time PCR and semi-quantitative RT-PCR.Based on this work,RT-PCR amplification will be used to clone PbHBs sequences from DL-518.The expression patterns of PbHBs in different time points and different tissues under high salt and drought stress treatment will be monitored.PbHBs,which display significant positive correlation with osmotic stress, will be transformed into tobacco by transgenic technology and virus-induced gene silencing (VIGS).Overexpression transgenic plants and gene silencing plants with PbHBs will be as material to evaluate the function and analysize the regulating mechanism of PbHBs on adaptation response of plants to osmotic stress by monitoring expresion patterns of NCED,PP2C,PYR/PYL,SnRK2 and OSM, PR2,PR3,PR4 and GLU gene.This applies not only to agricultural crops, but also to woody plants that are gaining importance as renewable resources。

杜梨原产我国，是优良的耐非生物胁迫砧木。前期的工作以耐逆的杜梨株系DL-518为材料，利用高通量测序技术分析发现盐胁迫24h后，HD-Zip转录因子显著富集且转录水平显著上调。在此基础上，我们拟以DL-518为材料，通过PCR扩增法克隆PbHBs基因，并分析不同胁迫下PbHBs基因的时空表达模式，筛选与渗透胁迫相关性最大的PbHBs，以此为目标基因，利用转基因和病毒介导的基因沉默技术获得过表达和基因沉默烟草，从而鉴定PbHBs功能，同时利用荧光定量RT-PCR技术分析渗透胁迫杜梨及转基因植株时，ABA途径关键基因NCED、PP2C、PYR/PYL、SnRK2以及下游功能基因OSM、PR2、PR3、PR4、GLU的表达模式，从而揭示HD-Zip转录因子调控杜梨耐渗透胁迫的分子机理，为梨及其它木本植物育种提供理论研究和实际应用价值的基因资源。

杜梨（Pyrus betulaefolia Bunge）原产中国，其适应性强，具备耐寒、 耐旱、耐涝、耐盐等优良特性，与品种亲和力高，嫁接后可以提高品种抗逆抗病虫害。但是由于缺乏对梨砧木抗逆机理系统的理论研究，造成了至今无法充分开发利用该砧木选育出优良抗逆株系。基于文献报道以及我们前期研究结果，以HD-Zip 转录因子为目标基因，研究HD-Zip转录因子在杜梨耐渗透胁迫种的生物学功能。本项目首先利用梨 (Pyrus spp.) 全基因组测序结果, 运用生物信息学方法鉴定了梨HD-Zip转录因子, 并对其数量、序列特征、系统发育以及启动子cis-元件等进行分析。研究发现，梨基因组至少包括52个HD-Zip转录因子成员。系统进化分析表明，HD-Zip转录因子包括4个亚家族，亚家族I, II, III, and IV分别包括18, 13, 5和16个成员。在同一亚家族的成员有保守的结构域，表明有共同结构的基因或许具有同样的生物学功能。分析发现HD-Zip I and II 亚家族的启动子区域含有胁迫相关和病原菌相关的cis元件。 在梨以杜梨DL-518为材料，通过qRT-PCR分析, 发现20个HD-Zip基因在杜梨响应干旱、盐和病原菌胁迫中表达水平存在显著的差异。我们筛选与渗透胁迫相关性较大的 PbHB7/12为目标基因，通过 PCR 扩增法克隆 PbHB12基因，利用转基因技术获得过表达的番茄，从而为鉴定PbHB7/12生物学功能奠定基础，同时利用荧光定量 RT-PCR 技术分析了渗透胁迫杜梨时，ABA 途径关键基因 NCED、PP2C、PYR/PYL、SnRK2的表达模式，从而揭示 HD-Zip 转录因子调控杜梨耐渗透胁迫的分子机理，为梨及其它木本植物育种提供理论研究和实际应用价值的基因资源。