CsERF2基因在墨兰叶色变异形成中的功能解析

Leaf variegation is an important horticultural characteristic for Cymbidium Sinense presenting ornamental and economic value. Molecular mechanism study will be of great significance for analyzing the formation mechanism of leaf variegation and the breeding of leaf variegation varieties. Our previous study revealed that the expression of all identified ethylene response factor CsERFs and the content of ethylene synthesis precursor ACC (1-aminocyclopropane-1- carboxylic acid) were significantly higher in variegated leaves than control leaves, and the expression level of CsERF2 was the highest one in all CsERFs. According to these results, we will clone the CsERF2 gene in this study, and transform its over-expression and RNA interference vectors into Arundina graminifolia by genetic transformation system to research the gene function in leaf variegation of Cymbidium sinense. Moreover, in order to understand the molecular mechanism regulated by CsERF2 gene in leaf variegation, we will carry out transcriptome sequencing for transgenic plants to analyze downstream genes and signal pathway that maybe regulated by the CsERF2, and isolate its interacting proteins by cross-linking mass spectrometry. The homologous genes of the isolated proteins from Cymbidium sinense will be cloned and demonstrated by yeast two-hybrid and bimolecular fluorescence complementation system. The results of this study will provide a basis for further research in molecular mechanism of leaf variegation and the breeding of leaf variegation varieties of Cymbidium sinense.

叶色变异是体现墨兰观赏和经济价值的重要性状，对其分子机制的研究将对墨兰叶色变异形成机理的解析及叶色变异品种的选育具有十分重要的意义。项目前期研究结果发现所有乙烯响应因子CsERFs基因表达量及乙烯前体ACC含量在叶色变异叶片中显著高表达，其中CsERF2差异表达量最高。基于以上研究基础，本项目将对CsERF2进行分离克隆，通过竹叶兰遗传转化体系对CsERF2基因在叶色变异形成中的功能进行研究，并通过对转基因植株进行转录组测序，分析CsERF2基因可能调控的下游基因及参与的信号通路，同时利用交联质谱技术对其互作蛋白进行分离，并对互作蛋白进行墨兰同源基因克隆及互作验证，用以解析CsERF2基因调控墨兰叶色变异形成的分子机制，为墨兰叶色变异机理的研究及叶色变异品种的选育提供重要依据。

叶色变异是体现墨兰观赏和经济价值的重要性状，其叶色变异生理及细胞生物学的表现根本为基因和蛋白表达作用的结果。项目前期研究结果发现所有乙烯响应因子CsERFs基因表达量及乙烯前体ACC含量在叶色变异叶片中显著高表达，其中CsERF2差异表达量最高。基于以上研究基础，本项目对CsERF家族信息进行了分析，着重对CsERF2进行分离克隆，通过竹叶兰以及烟草遗传转化体系对CsERF2基因在叶色变异形成中的功能进行研究，分析CsERF2基因可能调控的下游基因及参与的信号通路。基因过表达实验、转录组分析结合生理生化指标分析后我们发现CsERF2能够引起转基因植株的叶色变异，同时转基因植株体内的淀粉含量呈现差异显著性下调，基于上述研究结果我们提出了CsERF2的过表达引发的糖信号产生的反馈调节可能是造成叶色变异的重要原因。为了进一步了解叶色变异植株中蛋白以及修饰蛋白的变化趋势，本研究还采用蛋白组结合磷酸化蛋白组的分析方法对墨兰叶色突变体进行了解析，通过TMT以及RPM的双重验证结合烟草瞬时过表达实验，发现了一个重要的分子伴侣CsHSP70在叶色变异中的重要作用。此外，针对新采集到的墨兰红色叶色变异品种中代谢物以及相关关键基因的表达量进行了初探。以上对墨兰叶色变异的分子机制的研究结果将对叶色变异形成机理的解析及叶色变异品种的选育具有十分重要的意义。共发表SCI论文3篇，授权软件著作权1件。一人晋升副研究员，三人认定助理研究员。