蒺藜苜蓿与中间锦鸡儿抗逆相关A家族PP2C基因功能和作用机制研究

PP2C-A phosphatases (group-A PP2C) play important roles in abscisic acid (ABA) signaling and plant stress response. However, there are few reports on the mechanism of action of PP2C-A in legume plants..Caragana intermedia is an important forage bush belonging to the legume family. It has a great potential for research on stress-resistant genes owing to its strong tolerance to various stresses. In order to study its resistance mechanisms to drought and to screen drought responsive genes, a transcriptome of Caragana intermedia under drought stress was constructed in our previous work..In this study, a comprehensive analysis of genome-wide identification and characterization of the PP2C gene family will be carried in Medicago truncatula. Furthermore, we plan to clone the abiotic stress-induced PP2C-A genes from Medicago truncatula and Caragana intermedia, and analyze the mRNA expression profile of these PP2C-A genes under various abiotic stresses (such as drought, saline and cold), in different organs and at different development stages. Transgenic Arabidopsis thaliana or Medicago truncatula will be obtained to reveal their function and molecular mechanisms in resistance to abiotic stresses. This study will lay the foundation of applying PP2C-A gene from legume plant to genetic engineering of pasture and crop's stress resistance.

A家族的PP2C基因在ABA信号通路和植物胁迫响应中扮演着重要的角色，有关豆科植物中A家族PP2C基因在抗逆中作用机制的报道还很少。中间锦鸡儿是一种重要的豆科灌木，耐逆性强，挖掘抗逆基因的潜力巨大。本课题组对脱水处理的中间锦鸡儿进行了转录组测序，获得的大量抗逆相关基因中包括A家族的PP2C。在本研究中，我们将对豆科模式植物蒺藜苜蓿PP2C家族基因进行全基因组的分析和鉴定，进一步克隆蒺藜苜蓿和中间锦鸡儿中抗逆相关的A家族PP2C同源基因，构建在不同组织和不同胁迫下的表达谱。通过转基因拟南芥和蒺藜苜蓿，研究这些基因的生理功能，揭示A家族PP2C基因参与豆科植物抗逆及生长发育的分子机制，评价其应用价值和潜力，为蒺藜苜蓿和中间锦鸡儿A家族PP2C基因在豆科牧草和作物抗逆基因工程及分子育种中的应用奠定基础。

植物基因组中，PP2C是磷酸酶基因中最大一个家族，占到所有磷酸酶中60–65% 的比例。其中的A家族的PP2C基因在ABA信号通路和植物胁迫响应中扮演着重要的角色，有关豆科植物中A家族PP2C基因在抗逆中作用机制的报道还很少。中间锦鸡儿是一种重要的豆科灌木，耐逆性强，挖掘抗逆基因的潜力巨大。我们在对脱水处理的中间锦鸡儿进行转录组测序后，挖掘出的大量抗逆相关基因中包括了A家族的PP2C。在此基础上，我们进一步对豆科模式植物蒺藜苜蓿的PP2C家族基因进行了全基因组分析、鉴定，克隆了蒺藜苜蓿和中间锦鸡儿中抗逆相关的A家族PP2C同源基因，构建在不同组织和干旱、盐碱、低温等非生物胁迫下的表达谱，证实PP2C基因在植物抗耐非生物胁迫中的功能及其可能的作用机制。为了研究蒺藜苜蓿和中间锦鸡儿PP2C基因，克服遗传转化和种质创制的限制，我们建立了蒺藜苜蓿遗传转化体系和中间锦鸡儿的瞬时基因表达、遗传转化以及毛状根诱导体系。通过转基因拟南芥和蒺藜苜蓿及其在中间锦鸡儿中的表达，初步明确了蒺藜苜蓿和中间锦鸡儿中A家族第2亚族PP2C在响应干旱等非生物胁迫中的生物学功能，研究了PP2C基因参与植物抗非生物胁迫的相关信号机制。项目按计划完成，发表相关学术论文4篇，培养博士研究生3名、硕士研究生4名，授权实用新型专利2项、受理国家发明专利3项，参加国内学术培训活动18人次。