甘蓝型油菜脂质转运蛋白基因BnaLTP1在抗逆和细胞分裂中的功能研究

With the the problem of food panic becoming more and more seriously, studying on stress-resistance and yield-increasing genes and its mechanism of action has important theoretical significance and application value to ensure food safety. On the basis of preliminary studies, we discovered a new gene named BnaLTP1 from Brassica napus with the potential functions of stress resistance and organ development. It is homologous to the less researched type VI members of nsLTP gene family, and it is the first gene of such family identified on its specific function in Brassica napus. Several functional element are found in the promoter sequence, including various stress-response elements、phytohormone response elements, and meristem and embryo specific elements. We found that transgenic Brassica napus overexpressing BnaLTP1 exhibited significant decrease of epicuticular wax and overproliferation of cells in leaf. More importanly, BnaLTP1 is the first nsLTP gene found related to cell division. The aim of this project is to studying the functions of BnaLTP1 in stress resistance and roles in cell growth and division process by exploring the temporal and spatial expression patterns and subcellular localization, and studying the BnaLTP1 overexpressed Brassica napus. Detailed function will be explored from cytological level, physiological and biochemical level, metabolism level and gene regulatory network.

随着粮食危机的日益严重，研究与抗逆、增产相关的基因及其作用机制对于保证粮食安全具有重要的理论意义和应用价值。申请者在前期研究的基础上从油菜中挖掘到一个可能同时涉及抗逆和器官发育的新基因BnaLTP1，它与拟南芥nsLTP基因家族中研究尚属空白的第VI类型的成员同源，是目前第一个在油菜中进行具体功能鉴定的该家族基因，对该基因启动子功能元件的预测发现它含有与多种逆境胁迫应答的元件、与植物生长激素应答相关元件，以及分生组织和胚特异性元件等。在油菜中超量表达BnaLTP1导致表皮蜡质的显著降低以及叶片细胞的过度增殖。BnaLTP1是该家族中首个被发现影响细胞分裂功能的基因。本项目拟通过分析BnaLTP1的时空表达规律和亚细胞定位，并利用已有的超表达BnaLTP1油菜，从细胞学、生理生化、代谢水平及基因调控水平探索该基因在抗逆以及细胞生长和分裂过程中的功能及作用机制。

植物非特异脂质转运蛋白（nsLTP）是一类小的（9–10 kDa）、丰富的（占可溶性蛋白的4%左右）、碱性的（pI 8.8–10）、分泌性蛋白，是一个多基因家族，涉及复杂的生理功能，包括角质沉积，非生物胁迫，抗病及生殖发育等，对植物生长发育至关重要。.本人主要采用反向遗传学方法研究nsLTP家族基因在油菜中行使的具体功能，构建20个该家族基因超表达载体，转化到甘蓝型油菜Zhongshuang 6号中，并对部分材料进行表型筛选和功能研究。我们发现其中BraLTP1超表达材料具有明显的表型变化，BraLTP1编码一个分泌性蛋白，属于nsLTP家族中了解甚少的第 VI类。我们的结果表明BraLTP1是一个新的nsLTP基因，功能涉及蜡质产生或沉积，直接或间接作用于细胞分裂和花的发育。.基于nsLTP家族基因角色的重要性及相关研究的日益增多，以及各研究从不同角度出发观点相对分散，对该家族成员的特征和功能进行系统综合的归纳分析十分必要，相关主题包括nsLTP的结构和生化特性，分类，不同物种中nsLTP的鉴定和特性，亚细胞定位研究，脂质结合和转运能力，nsLTP表达谱，植物中的功能角色以及进化。我们针对nsLTP基因家族以上不同主题阐述最新研究进展，目前研究存在的局限性，以及未来的研究趋势并将其功能角色进行了全面的整合。该工作有助于提高我们对nsLTP在植物中功能的理解，推动未来的研究工作和认识该复杂蛋白家族在植物中的扮演的角色，为将来应用该家族基因进行油菜育种奠定基础。.除了对该基因分子水平的研究之外，我们还从生化的层面关注了BraLTP1超表达转基因材料对代谢组分的影响。我们进行了基于核磁共振（NMR）的代谢组的测定，基于Principle component analysis (PCA)的统计分析寻找确定了50种主要的差异代谢物，主要包含糖，氨基酸，铵盐复合物，有机酸等几大类，并对其进行了定量分析。此外我们还测定了该材料17种氨基酸组分，最后我们结合材料的表型以及NMR代谢组测和氨基酸测定的结果分析了三种类型代谢物包括碳水化合物，氨基酸和脂类于表型的联系，我们的工作将有助于从代谢层面了解BraLTP1基因在油菜中的生物学角色。