转录因子基因LbCPC参与二色补血草盐腺分化的功能研究

Limonium bicolor, a recretohalophyte possessing typical salt glands in the leaf, is used as materials in our study to investigate the function of LbCPC gene in salt gland differentiation. From the constructed transcriptome data of leaf development in L. bicolor, we have screened one transcription factor gene LbCPC which showed high expression in the salt gland differentiation stage. LbCPC gene showed high homology with CPC and family genes which controlled the trichome development in Arabidopsis. Given the special expression pattern and sequence characteristics, the following studies will be carried in this project. (1) Based on the homology sequences between LbCPC and CPC family genes, we will constructed CRISPR-Cas9 silencing system and transform L. bicolor to obtain silencing transgenic plants. The purpose is to clarify the key role of LbCPC in salt gland development. (2) LbCPC will be over-expressed in the CPC mutants of Arabidopsis. With the reference to the interacting protein of CPC in Arabidopsis, we may preliminary explain the homology relationship between salt gland and trichome using various molecular genetics tools. In conclusion, in the current project, we will use various molecular genetics verification in order to provide data for solving the early regulation mechanism of salt gland early differentiation of L. bicolor.

本项目以具有典型盐腺结构的泌盐盐生植物二色补血草（Limonium bicolor）为材料，将探索转录因子基因LbCPC在盐腺发育中的作用。通过二色补血草叶片发育5个时期的转录组数据，筛选到转录因子基因LbCPC在盐腺发育时期出现高表达；而且该基因与拟南芥控制腺毛发育的CPC及其家族基因具有高度同源性。鉴于LbCPC基因独特的表达模式和序列特点，本项目拟开展以下研究：（1）基于LbCPC基因和拟南芥CPC家族基因的同源保守区，构建CRISPR-Cas9沉默体系，转化二色补血草获得LbCPC基因的沉默系，验证转录因子基因LbCPC在盐腺发育中的关键作用；（2）将LbCPC基因在拟南芥CPC突变体中进行过量表达，并参考拟南芥CPC基因的互作蛋白，利用遗传及分子手段探索盐腺和腺毛在进化上的亲缘关系。因此，本项目综合采用基因沉默和各类分子遗传验证，将为解释二色补血草盐腺发育的早期调控机制积累资料。

盐腺是泌盐盐生植物区别于其他盐生植物和所有非盐生植物唯一可见的形态结构，将体内过多的盐分泌到体外，本项目以具有典型盐腺结构的泌盐盐生植物二色补血草(Limonium bicolor)为材料，利用过量表达及基因编辑技术探索转录因子基因LbCPC在盐腺发育中的作用，结合拟南芥异源表达的证据，说明盐腺和表皮毛在进化上的亲缘关系。主要研究结果概述如下：.第一，构建LbCPC的过量表达株系，转化二色补血草，转基因再生植株的盐腺表现为组成细胞的显著增加；.第二，基于LbCPC基因和拟南芥AtCPC家族基因的同源保守区，构建CRISPR-Cas9沉默体系，转化二色补血草获得LbCPC基因的沉默系，获得了盐腺组成细胞明显减少的表型；过量表达和敲除株系的表型说明转录因子基因LbCPC在盐腺发育中起到正向调控的关键作用；再此基础上尝试寻找LbCPC的上游互作基因；.第三，将LbCPC基因在拟南芥野生型及CPC突变体中进行异源表达，发现可以回补拟南芥CPC的功能，即突变体表皮毛成簇的现象得到缓解，说明LbCPC既在二色补血草中参与了盐腺的分化，又通过异源表达行驶了拟南芥CPC基因相似的功能，参与了表皮毛的分化，在一定程度上说明盐腺和表皮毛在进化上确实具有亲缘关系，并且LbCPC基因的异源表达能够增加转基因株系的盐敏感性，说明二色补血草的LbCPC基因负向调控了抗盐性。.在本项目的资助下，共发表SCI论文14篇。本课题在深入研究二色补血草盐腺发育机制中又向前迈了重要的一步，我们将针对本课题获得的控制盐腺发育LbCPC，继续构建叶片发育早期的酵母文库，筛选到控制盐腺发育的上游调控因子，为利用转基因技术培育耐盐植物奠定基础。