小金海棠缺铁适应性反应中IAA信号转导途径研究

Malus xiaojinensis is the first apple genotype identified as being resistant to iron deficiency worldwide. In this project, both distribution of the IAA and expression of the transcription factor/functional genes of which are closely related to iron uptake and transportation in Malus xiaojinensis are studied in condition of split-root, top-off and iron deficiency stress. Furthermore, with aim to pursue IAA signal transduction process as system signal and local signal, process of ABP1 and ROP being mediated the IAA signal transduction is determined by using Arabidopsis abp1 and rop mutant based on the cloned Malus xiaojinensis's ROP gene family using apple genome and Malus xiaojinensis sequencing results acquired in our lab early. Results of the research would collect a new evidence on that IAA signal transduction is induced by iron deficiency, and provide a basic knowledge for understanding molecular mechanism of iron efficiency in apple.

小金海棠是全球筛选出的第一个抗缺铁黄叶病苹果基因型，是我国特有的、极为重要的种质资源。本项目一方面在生理学水平上研究不同缺铁水平、分根、去顶等处理下IAA分布及缺铁胁迫下产生的IAA信号在小金海棠体内的转导机制；另一方面在分子水平上，以实验室自主获得的小金海棠454及Solexa测序结果及已获得的与铁素吸收和转运密切相关的转录因子和功能基因为基础，克隆并分析小金海棠中的ROP家族基因，通过拟南芥abp1-5、rop突变体研究ABP1、ROP蛋白介导调控缺铁适应性反应中产生的生长素信号的转导。研究结果预计可为铁素应答IAA信号转导途径提供新的证据，并为今后挖掘苹果铁高效利用关键基因和定向改良果树优良种质打下基础。

铁是植物生长发育不可或缺的营养元素之一，深入研究植物耐缺铁机制具有重要的理论意义和应用价值。本课题以对铁素敏感的苹果基因型山定子为对照，利用不同铁素处理下分根、去顶等手段和已有测序结果，对抗缺铁黄叶病苹果基因型小金海棠在应答缺铁胁迫中所产生的长距离和局部两种信号转导机制进行了探索性研究，并进一步探讨了ROP作为介导IAA 运输与缺铁胁迫相关功能基因间关系的核心信号蛋白的功能。结果证明，铁高效型苹果砧木中IAA 受体ABP1 的转录和翻译水平明显高于铁低效苹果基因型，且受缺铁胁迫诱导表达；拟南芥ａｂｐ１功能缺失突变体中三价铁还原酶活性明显升高，根毛数量明显增加，铁吸收相关基因明显上调表达，据此确定了ABP1作为生长素受体介导了生长素调节植物缺铁适应性反应。在小金海棠454及Solexa测序结果基础上，通过小金海棠ROP家族差异表达基因筛选，发现ROP6在铁高效型苹果砧木中受缺铁胁迫诱导，rop6功能缺失导致三价铁还原酶、铁吸收相关基因等应答反应消失，且rop6突变体在缺铁胁迫下容易黄化，活性铁含量下降较快等表型。从而证明了ROP6作为关键信号转导蛋白响应生长素信号，利用拟南芥突变体功能互补对ROP6进行了功能验证分析，揭示了小金海棠缺铁胁迫下生长素信号调控路径中关键信号蛋白分子调节机制。本研究证实了缺铁适应性反应发生的上游应答物质、调控途径等应答事件，为进一步挖掘苹果铁高效利用关键基因、定向改良果树优良种质，及有目的的调控植物缺铁反应奠定了基础。