解析高羊茅RA基因(FaRA)的可变剪接和抗旱性的关系

Drought is a major environmental factor which determines not only plant growth and development, but also brings great risks to the production safety of agriculture and forestry. In recent years, more and more researches find that there is a close relationship between drought and Rubisco activase (RA, a key enzyme in photosynthesis). Preliminary studies of our group find that, on the basis of the original two RA transcripts, tall fescue will form a new RA transcript under drought stress, which may play an important role in drought response mechanism. Therefore, in the present study, we will clone the its third transcript on the basis of the preliminary studies, and study the changes of alternative splicing of tall fescue RA gene (FaRA). Addtionally, this research will transfer the three transcripts of FaRA into tall fescue chromosome DNA by the plant transgenic technology and get transgenic plants with steady inheritance. Detailed study will be carried out on the basis of functional differences among the three transcripts using these transgenic plants, in order to find out their exact function under the drought stress. These studies are expected to further reveal the drought adaptation mechanisms of plants,and hopeful in providing gudience to cultivate drought-resistant genotypes of plants and improve the drought resistance of technology in agricultural production practice,furthermore, to find a theoretical basis in researches of other plants drought tolerance.

干旱是制约植物生长和发育的主要环境因子,也给农林业安全生产带来极大隐患。近年越来越多的研究发现干旱和光合作用关键酶Rubisco活化酶（RA）之间有着密切的联系。本课题组前期研究发现，在原有两个RA转录本的基础上，在干旱胁迫下高羊茅会形成一个新的RA转录本，可能在干旱响应机制方面具有重要的作用。因此本研究从干旱对高羊茅RA基因（FaRA）入手，研究干旱胁迫下FaRA可变剪接的变化，克隆FaRA的第三个转录本。详细研究干旱胁迫下三个转录本不同水平上的功能差异，并以转基因为手段，在功能水平上分别解析三个转录本在干旱抗性中的作用。这些研究理论上可以进一步揭示植物的干旱适应机制，实践上可以为农业生产上培育抗旱基因型植株和提高作物抗旱的技术措施提供指导，也为其它植物的耐旱性研究寻找理论依据。

干旱是制约植物生长和发育的主要环境因子,近年越来越多的研究发现干旱和光合作用关键酶Rubisco 活化酶（RA）之间有着密切的联系。本课题组克隆了高羊茅的FtRA基因，经过进一步发现干旱胁迫处理下，FtRA基因的可变剪接的确发生了变化，主要是两个亚基的剪接比例发生了变化，但第三个亚基并不是由于FtRA基因的可变剪接产生的，而是大亚基降解的产物。本项目还研究了两个转录本RAL、RAS蛋白质基本特征及其在调节光合作用中的作用，RAL、RAS蛋白的跨膜区域分析结果说明RA的大、小亚基均可能与类囊体膜结合，而且结合区域是一致。细胞的RA免疫金标记结果也显示该酶主要分布在叶绿体的基质中，在类囊体膜上也有一定的分布。推测分布在基质中的RA主要作为激活Rubisco使用，而分布在类囊体区域的RA可能还具有保护类囊体膜的功能。进一步研究表明RAL、RAS在激活Rubisco中均起作用，但在正常条件下RAS对光合速率的调节作用可能更大；但在干旱胁迫下，RAL的下降幅度较低，表明RAL在干旱中具有更重要的调节作用，而且Rubisco的干旱失活可能主要是由于RA被干旱胁迫限制，使Rubisco不能被有效地激活，从而引起光合CO2 同化效率的降低。