亚精胺调控自噬在番茄高温抗性中的作用机理

High temperature seriously restricts the yield and quality of protected vegetable in our country. Spermidine (Spd) is a new kind of plant growth regulator, which can alleviate the damage to plants caused by high temperature. Autophagy is an evolutionarily conserved mechanism for self-degradation in eukaryotes and plays a critical role in plant stress response. However, the regulation of autophagy by Spd in plants has not been reported. Tomato will be used as material in this study. The function of Spd in resistance to high temperature and the effect of Spd on autophagy and denatured protein under high temperature will be studied using Spd biosynthesis gene overexpressing and knockout mutant plants combined with Spd treatment. Furthermore, the project will use autophagy-related gene knockout mutants and virus induced gene silencing (VIGS) technology to study the role of autophagy in Spd-induced thermotolerance. At last, the project plans to analyze the effect of Spd on the expression of RBOH1 and HsfA1a and explore their roles in Spd-induced autophagy. This study expects to illustrate the mechanism of Spd regulation of autophagy in tomato thermotolerance and provide theoretic basis for using Spd to enhance crop stress tolerance.

高温严重制约我国设施蔬菜的产量和品质。亚精胺（Spd）作为一种新型植物生长调节物质，能够缓解高温逆境对植物造成的伤害。自噬是真核生物中进化保守的自我降解机制，在植物逆境胁迫响应中发挥重要的作用。目前，Spd调控植物自噬的研究尚未报道。本项目以番茄为材料，利用Spd合成基因过表达植株和敲除突变体，结合Spd处理，研究Spd在番茄植株高温抗性中的作用及Spd对高温下番茄植株自噬和变性蛋白的影响；利用自噬基因敲除突变体和病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术，研究自噬在Spd诱导的高温抗性中的作用；采用qRT-PCR技术分析Spd对RBOH1和HsfA1a表达的影响，探究RBOH1和HsfA1a在Spd诱导自噬中的作用，从而揭示Spd调控自噬在番茄高温抗性中的机理，为利用Spd提高作物的抗逆性提供理论依据。

春末、夏秋高温已成为限制长江中下游地区设施园艺可持续发展的主要因素之一，亚精胺（Spd）作为新型植物生长调节物质，能有效缓解高温胁迫对植物造成的伤害。植物自噬在逆境胁迫响应中发挥重要的作用，而Spd是否通过自噬调控植物高温胁迫抗性并不清楚。本项目以番茄为试验材料，研究了Spd在番茄植株高温抗性中的功能，筛选了高温胁迫诱导的Spd合成基因，构建了SAMS1过表达植株（SAMS1OE）和敲除突变体（sams1）；利用SAMS1OE和sams1植株，结合外源Spd处理，研究了Spd对高温胁迫下番茄自噬和变性蛋白的影响；利用qPCR技术分析了Spd对RBOH1表达的影响，构建了RBOH1敲除突变体并研究了其在Spd诱导自噬提高番茄高温抗性中的作用。主要取得的结果如下：（1）高温胁迫诱导SAMS1表达和Spd积累；（2）外源Spd处理和SAMS1OE植株增强了高温胁迫抗性，降低了不可溶性蛋白含量及其泛素化水平，促进了自噬体积累；（3）sams1植株对高温胁迫更加敏感，伴随着不可溶性蛋白含量及泛素化水平增加，抑制了自噬体积累，表明Spd可通过调控自噬提高番茄植株高温胁迫抗性；（4）Spd可诱导RBOH1基因表达和质外体H2O2积累，RBOH1基因敲除突变体降低了Spd诱导的高温胁迫抗性及自噬体含量，表明RBOH1介导Spd调控自噬提高番茄高温胁迫抗性。研究结果丰富了设施蔬菜抗逆调控理论，也对设施蔬菜抗逆栽培及耐热品种选育提供理论依据。