辣椒CaTPS家族成员的表达与非生物胁迫应答的功能分析

Hot pepper is one of the important vegetable and spice crop, the growth, development and yield are affected by low and high temperature, drought, salt and so on. Trehalose and the precursor trehalose-6-phosphate(T6P) participate in responding to abiotic stress as the osmotic regulator and the signaling molecule. Trehalose-6-phosphate synthase(TPS) is one of the most important enzyme among the synthesis mechanism of trehalose-6-phosphate, and plays an important role in the metabolic pathway of trehalose. The over expression of TPS gene can improve crop′s tolerance to abiotic stress..On the basis of the bioinformatics analysis of hot pepper CaTPS gene family, this project will focus on the following aspects: First, the TPS and trehalose-6-phosphate phosphatase (TPP) bioactivity of CaTPS gene family will be identified by yeast complementation assays, and subcellular localization will also be tested. Second, the tissue specific expression, expressing model of CaTPS gene family responing to abiotic stress and to hormone treatments will be analysed by real-time PCR. Third, the functional analysis of CaTPS gene responing to abiotic stress will be tested and verified by the methods of gene over expression and virus-induced gene silence as the forward and reverse genetic measures respectively. Meanwhile, the molecular regulating network responding to abiotic stress of CaTPS1 gene wil be explored by transcriptome sequencing of transgenic CaTPS gene plants and non-transgenic plants, CaTPS gene silent plants and non-silent plants..The purpose of this project is to clarify the expression model, biological function and the metabolic regulation pathway response to abiotic stress of CaTPS gene, which will be beneficial to know deeply how do trehalose and T6P be involved in responding to abiotic stress as as the osmotic regulator and the signaling molecule. And the outcome of this project will also contribute to breed the transgenic CaTPS gene to improve the tolerance to abiotic stess in pepper.

辣椒是重要的蔬菜，生产中易受逆境条件的严重影响。海藻糖能通过渗透调节提高植物的抗逆性，同时海藻糖合成途径中的T6P也是植物生长发育的重要信号分子。TPS是T6P合成途径中的关键酶，TPS基因的过表达能显著提高作物的抗逆性。本项目：（1）通过酵母功能互补试验对辣椒CaTPS家族成员进行TPS和TPP活性分析；（2）利用荧光定量技术分析CaTPS家族成员的组织特异性表达，非生物胁迫应答模式，其表达是否受ABA、SA等激素诱导；（3）通过转基因过表达技术和VIGS基因沉默技术解析CaTPS基因的非生物胁迫应答功能；（4）通过转CaTPS1基因植株与非转基因植株，以及CaTPS1基因沉默植株与非沉默植株的转录组分析，探索CaTPS1参与的非生物胁迫应答的分子调控网络。本项目的实施将明确CaTPS家族成员的表达模式，非生物胁迫应答功能，及其分子调控网络，为利用转CaTPS基因提高辣椒抗逆性奠定基础。

海藻糖及其前体T6P是植物生长发育的重要信号分子，海藻糖在植物应答逆境胁迫过程中发挥了重要作用，TPS是海藻糖合成途径中的关键酶，TPS基因的过表达能明显提高植物的抗逆性。TPS基因可能是通过调节其它胁迫相关基因的表达，以及提高海藻糖、脯氨酸、可溶性蛋白等渗透条件物质的含量，来增强植物的胁迫耐受性。本项目克隆了8个CaTPS基因，CaTPS1定位于细胞膜和细胞质，其它基因均定位于细胞质。除CaTPS5在茎中相对表达量最高、CaTPS8在花中相对表达量最高、CaTPS11在红果胎座中相对表达量最高外，其余8个CaTPS基因叶片中的表达量最高。随着低温处理时间的延长，CaTPS2、CaTPS3、CaTPS5、CaTPS8和CaTPS10的相对表达量呈现先升高后降低的趋势，CaTPS1、CaTPS6和CaTPS7呈现先降低后升高的趋势，而CaTPS4的相对表达量随处理时间的延长不断升高，CaTPS9的相对表达量随处理时间的延长不断降低。不同的TPS基因在不同的激素处理下基因的相对表达量各不相同。CaTPS1的表达量在GA、MeJA处理下基本被上调，CaTPS4和CaTPS9的表达量在GA处理下基本被上调，CaTPS6的表达量在IAA处理下基本被上调，CaTPS7的表达量在ABA处理下基本被上调，CaTPS8的表达量在GA、IAA、ABA、SA处理下基本被上调，CaTPS11的表达量在ABA和GA处理下基本被上调；CaTPS2、CaTPS3、CaTPS5、CaTPS10的表达量在GA、MeJA、IAA、ABA、SA处理下基本被下调，CaTPS4和CaTPS9的表达量在MeJA、IAA、ABA、SA处理下基本被下调，CaTPS6的表达量在GA、MeJA、ABA、SA处理下基本被下调，CaTPS7的表达量在IAA、GA、MeJA、SA处理下基本被下调，CaTPS8的表达量在MeJA处理下基本被下调，CaTPS9的表达量在GA处理下基本被上调，CaTPS11的表达量在MeJA、IAA、SA处理下基本被下调。本项目利用VIGS技术，发现低温处理下，沉默了CaTPS1和CaTPS2植株的气孔面积明显较小，其周长、横纵比也减少， POD、SOD、CAT活性较低，从反向验证了辣椒CaTPS基因的表达对辣椒的耐寒性有重要作用。