旱柳SmPR-10基因的分离及其参与盐胁迫响应的机制研究

Soil salinization is one of the main reasons leading to crop failures. In the case of population increasing over world, the arable land reducing day by day and a severe shortage of fresh water resources, how to take advantage of a large area of salinization land and salty water resources to develope agroforestry has become the focus of the botanist. In this study, pathogenesis related protein （SmPR-10） related to salt-tolerant was used for the study in Salix matsudana. The reaction position to salt stress of SmPR-10 was detected by the comprehensive utilization of prokaryotic expression system and subcellular localization analysis. The expression patterns of SmPR-10 in different tissues and salt stress at different times of the willow were profiled using quantitative real-time PCR analysis. Besides, we carried out physiological responses in transgenic Arabidopsis under salt stress, gene expression change analysis by gene array and the yeast two-hybrid system to identify SmPR-10 gene regulatory networks and molecular mechanism involved in salt stress. Through this project, it could identify how SmPR-10 involves in the stress response of S. matsudana, and it provides a theoretical basis and material (gene) for new high salt cultivation breeding.

土壤盐渍化是导致农作物减产的主要原因之一。在人口不断增加、耕地面积日趋减少和淡水资源严重不足的情况下，如何利用大面积的盐渍化土地及丰富的咸水资源发展农林业，已成为植物学家关注的热点。本研究以从旱柳中分离的耐盐相关基因SmPR-10为研究对象，综合利用原核表达体系和亚细胞定位分析SmPR-10对盐胁迫的反应部位，利用实时荧光定量PCR技术分析该基因在旱柳不同部位和盐胁迫时间下的时空表达特征，并利用转基因拟南芥盐胁迫后的生理反应、盐胁迫后基因表达变化以及酵母双杂交查清旱柳SmPR-10基因参与盐胁迫的调控网络和作用机制，分析其参与植物盐胁迫的分子机制。通过本项目的研究可以查清SmPR-10如何参与旱柳盐胁迫的应答反应，为林木高耐盐新品系培育提供理论依据和物质（基因）基础。

植物病程相关蛋白参与了植物防御系统，在抵抗各种病原菌和环境胁迫中起着非常重要的作用。旱柳是一个多年生生长速度较快的柳树品种，能忍耐多种逆境。在这个研究中，我们克隆并分析了旱柳现一个植物病程相关蛋白（pathogenesis related protein，PR）基因的耐盐作用，该基因被命名为SmPR10。该基因编码的蛋白与已知基因组的红皮柳和毛果杨中的PR10蛋白同源性分别是98% 和93%。SmPR10在旱柳根和茎中高表达，在100mM NaCl 胁迫下根系中的表达量大幅度上调。免疫组化分析该蛋白主要定位于根系的木质部和茎的韧皮纤维细胞中。通过测定转基因拟南芥的根长、根数量、各种生理指标包括叶绿素含量、MDA、电导率、SOD和POD等，发现在拟南芥中超表达SmPR10增强了转基因拟南芥的耐盐性。转基因拟南芥盐胁迫下的高通量转录组分析结果表明，SmPR-10基因与氧化还原、胁迫防御、信号转导等基因在盐胁迫下相互作用共同来维持细胞内的平衡从而达到增强耐盐的目的。这些结果揭示了SmPR10在盐胁迫中起着非常重要的作用，对利用该基因培育耐盐林木新品种有着重要意义。