小麦嵌合木菠萝素家族的功能解析

Monocot chimeric jacalins are novel subfamily of plant lectins that we have identified recently. They are fusion protein and contain two different domains in protein structure, occur exclusively within monocotyledonous plants, relate to second metabolism and have the property of broad-spectrum disease resistance. In this proposed project, we will mine and isolate the monocot chimeric jacalins from wheat genome. By up-regulation or gene silence approach, the action mode of chimeric jacalins on the disease resistance will be examined, and the evolutionary history of chimeric jacalins and its exclusively existing in cereal crops will be searched. Integrating results from these approaches, we will be able to elucidate the molecular mechanism of wheat chimeric jacalins in disease response reaction. As Rosetta stone fusion protein of chimeric jacalins, the gene evolution features in novel gene formation are also been explored. The research findings of this project will provide the basic theory and open new opportunities for molecular breeding of disease resistant crops.

嵌合木菠萝素是我们新近鉴定的植物凝集素亚家族，它们是由两个不同结构域形成的融合蛋白，并且具有主要存在于单子叶禾本科作物、参与次生代谢、以及广谱抗病等特性，在理解木质素与抗病反应关系以及基因进化上具有特殊意义。本项目将挖掘小麦嵌合木菠萝素家族，利用基因过表达和基因沉默，分析嵌合木菠萝素调控抗病反应的作用方式；结合进化分析解析其特异形成于禾本科作物的演化历程。综合上述研究结果，深入揭示小麦嵌合木菠萝素作用的分子机理，并探求作为罗塞塔石碑类融合蛋白在新基因形成和功能获得上的进化特征，为通过调节次生代谢开展农作物广谱抗病分子育种提供新的思路和理论基础。

嵌合木菠萝素是我们新近鉴定的植物凝集素亚家族，它们是一类包含两个不同结构域的融合蛋白，主要存在于禾本科作物中，其作用机理和分子进化都有许多待解之谜。.本项目以重要农作物小麦为研究对象，在基因组水平挖掘嵌合木菠萝素家族，分析其进化特征和演化历程，以及作用机理。通过我们的研究证明，小麦基因组中存在46个嵌合木菠萝素，它们区分成三个亚家族，是禾本科植物中一类古老的基因；不同类别的嵌合木菠萝素均具有凝集素活性，但是在结合特性上存在差异，而且其生理功能也具有多元化特征，不同成员可以分别在植物抗病或者抗旱过程中发挥作用。研究结果还表明，嵌合木菠萝素中的指导蛋白结构域（Dirigent domain）与木质素代谢没有直接关联，这对学术界长期争议的议题提供了新的注解。.上述研究成果，在基因组水平展示了广泛存在于禾本科作物中嵌合木菠萝素的家族情景，揭示了其独特的基因进化历程和多元化作用方式，澄清了一些学术争议，为开展农作物抗逆分子育种提供了新的理论基础和基因资源。