百合热激转录因子LlHSFA1调控百合耐热性的机理解析

Lily holds a major market share in cut flower industry worldwide，which is widely cultivated in China. As for its characteristics, lilies are well adapted to cool and humid environments and most of them can even bear low temperature conditions; however, exposure to high temperature during summer may result in diminished cut-flower quality and in degeneration of the bulb, and which consequently restrict the year-round production of lilies as cut flowers. Heat shock transcription factors (HSFs) play an important role in thermotolerance of Arabidopsis and tomato, among which HSFA1 is the key transcription factor in the pathway of heat shock transcription factor-heat shock protein. HSFA1 which can be sharply induced by heat stress activates downstream stress-responsive genes to enhance plant thermotolerance. Here, we want to isolate homologous HSFA1 (LlHSFA1) from the thermotolerant cultivar 'White Heaven' of Lily, to detect its expression by qRT-PCR, to analyze its biochemical characteristics using subcellular localization and transactivation activity assay, to investigate its thermotolerant function through overexpression in Arabidopsis, to screen its target genes by gene microarray, and to analyze relationships between LlHSFA1 and these target genes. Taken together, these results can provide evidences for thermotolerant regulation of Lily. This work lays a foundation of theory and technique for improving thermotolerance of Lily via genetic engineering.

百合是花卉市场中重要的切花之一，在我国广泛栽培。其性喜凉爽湿润环境，多能耐受低温，但耐热性较差。夏季高温会造成百合切花和种球产量及品质的下降，是制约我国百合切花周年生产的主要限制因素。通过对拟南芥和番茄的研究表明，热激转录因子（Heat shock transcription factor,HSF）在调节植株耐热性上发挥重要作用，其中HSFA1是热激转录因子-热激蛋白途径中起主要作用的调节因子，在热激响应中表达量迅速升高，诱导下游多种逆境响应基因的表达，提高植株的耐热性。本项目拟从百合耐热品种'White Heaven'中克隆LlHSFA1基因，通过qRT-PCR检测其表达，亚细胞定位和转录活性分析其生化特征，拟南芥中过表达研究其耐热功能，通过基因芯片筛选下游调控基因并研究两者之间的相互关系，解析其调控百合耐热的机理。为采用基因工程技术改良百合品种的耐热性奠定理论基础和提供技术支撑。

百合是重要的切花之一，其性喜凉爽湿润环境，耐热性较差，夏季高温造成百合切花和种球产量及品质下降，是制约我国百合切花周年生产的限制因素。已有研究表明，热激转录因子（Heat shock transcription factor, HSF）在调节植株耐热性上发挥重要作用，其中HSFA1是热激转录因子-热激蛋白途径中起主要作用的调节因子，在热激响应中表达量迅速升高，诱导下游多种逆境响应基因的表达，提高植株的耐热性。本项目从百合耐热品种‘White Heaven’中克隆LlHSFA1基因，通过qRT-PCR检测，亚细胞定位和转录活性分析，拟南芥中过表达，互作蛋白筛选，初步解析了其调控百合耐热性的机理。取得的研究成果是：.1..从百合中克隆得到了LlHsfA1基因，鉴定了其功能.通过同源克隆，从百合‘White Heaven’中获得了LlHsfA1基因，生化活性分析发现其定位于细胞核和细胞质中，具有转录活性；在拟南芥中过表达LlHsfA1，可提高其耐热性，并能诱导耐热途经相关基因的表达。进行了LlHsfA1启动子的分离与克隆，验证其活性受高温显著诱导；进行了上游调控因子的筛选，得到了部分的候选基因。.2..筛选得到一个与LlHsfA1互作的热激蛋白LlHSP70，鉴定了其功能.从百合中克隆得到一个与LlHsfA1互作的热激蛋白LlHSP70，其表达受高温诱导，定位在细胞核和细胞质中，但与LlHsfA1只在核内互作；在拟南芥中过表达LlHSP70，可以显著地提高转基因植株的耐热性。.3..筛选得到与LlHsfA1互作的转录因子LlHsfA3，验证了其功能，明确了其下游调控途经.通过酵母双杂交和双荧光互补试验发现，LlHsfA1可与自身互作形成同源聚合物发挥作用，也可与A类的热激转录因子A2或A3互作，形成异源聚合物发挥作用；我们着重研究了A3的功能和调控途经，从百合中分离得到了两个A3基因LlHsfA3A和LlHsfA3B，它们均受高温胁迫快速诱导表达，蛋白具有转录活性，过表达可以提高转基因植株的耐热性；进一步的研究发现，A3通过参与辅氨酸的降解调控植物的耐热性。.4..筛选得到了一个直接调控LlHsfA3B表达的上游转录因子LlDREB2B，验证了其功能.通过酵母单杂交获得一个直接调控LlHsfA3B表达的上游转录因子LlDREB2B，其表达受高温诱导，具有转录活性，可以结合