小麦TaERF4应答植物盐胁迫的作用机制研究

Ethylene is an important regulatory factor involved in plant salt stress response, while its molecular mechanisms are still unclear. So the key point is isolating genes both responding to salt and ethylene. Here we cloned a new transcription factor TaERF4 from wheat Shanrong No.3(SR3), which induced by salinity and ethylene. In this study, we use TaERF4 as an entry point to document the molecular mechanism of ethylene in responding to salinity stress in plant by using a combination of genetics, biochemistry and molecular biology and immunology method. The main results will include: 1) to clarify the role of TaERF4 in responding to ethylene and salinity stress; 2) to reveal the molecular mechanisms of plant salt tolerance mediate by ethylene; 3) to isolate and character the downstream genes of TaERF4. The research results will help to expand the regulation theory of plant salt tolerance, and contribute new theoretical and genetic resources for the cultivation of varieties of salt-tolerant crops.

乙烯参与了植物的盐胁迫应答反应，但其相关分子机制还不清楚。研究该机制的有效途径是找到受盐诱导，并影响植物抗盐和乙烯响应的目标基因。我们从小麦山融3号(SR3)中克隆了一个新的转录因子TaERF4，发现它能被盐诱导、并参与植物应答盐胁迫和乙烯的反应。本项目将运用遗传学、生物化学、分子生物学、免疫学等手段，开展乙烯及其信号途径参与植物耐盐调控的分子机制研究。预期成果包括：1、阐明TaERF4在调控植物抗盐和乙烯响应中的作用；2、初步揭示出乙烯引起植物耐盐的分子机制；3、鉴定出TaERF4直接作用的下游调控基因。研究结果将有助于拓展植物耐盐的调控理论，并有助于为抗盐作物品种的培育提供新的理论和基因资源。

前期研究表明小麦乙烯响应转录因子TaERF4既影响植物抗盐性又参与了乙烯应答反应。因此推测TaERF4可能作为乙烯信号和盐胁迫应途径的交叉点发挥作用。研究其蛋白功能和作用机制有助于进一步揭示乙烯与植物耐盐调控的关系。通过研究得到以下结果：1、小麦TaERF4基因是AP2/ERF转录因子家族中ERF亚家族的B1亚族成员，具有EAR基序，是转录抑制因子，其表达受到盐、旱、乙烯、乙烯合成前体ACC和脱落酸的诱导。2、通过对转基因小麦及拟南芥进行相关的表型分析，发现TaERF4过表达可降低植物的耐盐性。3、运用遗传学、生物化学、分子生物学、免疫学等手段研究发现TaERF4通过抑制EIN2基因的表达负调控乙烯信号；通过抑制ABI4、ABI5基因的表达负调控ABA依赖的盐胁迫信号；通过降低NHX1、NHX2的功能抑制Na+向液泡的转运从而影响高盐胁迫下植物细胞的离子区隔化降低了植物的耐盐性。初步揭示了TaERF4所介导的乙烯参与植物盐胁迫应答的机制。因此本项目的研究结果将有助于拓展植物耐盐的调控理论，并为培育抗盐作物尤其是麦类作物品种提供新的理论和基因资源，具有重要的理论意义和实践应用价值。