《擬南芥Athspr新基因的耐鹽功能及其分子機理研究》是依託蘭州大學，由王崇英擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：擬南芥Athspr新基因的耐鹽功能及其分子機理研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：王崇英
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤鹽漬化己嚴重影響到世界範圍內許多重要作物的品質和產量，而發掘耐鹽新基因並解析其耐鹽分子機理是一個意義重大的研究課題。前期研究中，我們分離到一個對鹽非常敏感的擬南芥T-DNA插入突變體，其關聯基因Athspr編碼一個與ClpB/HSP100同源且功能未知的新蛋白。本項目擬以Athspr突變體為材料，採用常規及多種分子生物學手段，結合鹽、ABA和H2O2處理，從不同水平比較野生型與突變體的表型與耐鹽差異；研究鈉鹽脅迫下ABA和ROS對Athspr的表達調控；解析Athspr基因及其蛋白的時空表達模式以及Athspr過表達對植株耐鹽性的影響；分析AtHSPR的分子伴侶活性、DNA結合及同源重組能力；探究 AtHSPR與HSP101、SOS、HKT1、NHX1是否存在相互作用；最終闡明Athspr基因的耐鹽功能及其分子機理，為更深層次揭示植物耐鹽的分子機制提供重要而有意義的信息。
結題摘要
土壤鹽漬化已經嚴重影響到世界範圍內許多重要作物的品質和產量，而發掘耐鹽新基因並解析其耐鹽機理是一個意義重大的研究課題。本課題組在擬南芥C24生態型中分離到一個T-DNA插入突變體athspr（Arabidopsis thaliana heat shock protein-related），與野生型相比，該突變體器官體積減小、細胞體積縮減，對鹽高度敏感。本項目通過多種常規及分子生物學方法，對AtHSPR基因參與植物耐受鹽脅迫的生理功能和分子機制進行了系統的分析。主要研究成果如下：1、athspr突變體對NaCl極為敏感，50mM NaCl處理即可抑制其幼苗生長，150mM時則完全死亡，但在相同條件下野生型表現出相對較小的生長抑制；2、在鹽脅迫條件下，athspr突變體中ROS積累和細胞膜損傷程度顯著高於野生型，且對ABA的敏感性降低、ABA的積累減少、葉尖氣孔指數增加，並且減慢了ABA誘導的氣孔關閉，當外源施加ABA時可以部分恢復athspr突變體的鹽敏性；3、AtHSPR基因編碼一個細胞核定位的ATP水解酶蛋白，其特異地表達在擬南芥維管組織中，且AtHSPR基因的表達受到鹽和ABA的誘導而增強；4、與野生型相比，在鹽處理條件下ABA/脅迫回響、SOS系統和抗氧化系統相關基因的表達在athspr突變體中降低而在AtHSPR過表達系中升高，且AtHSPR過表達系維持了體內較高的抗氧化活性和K/Na離子平衡，因而增強了轉基因擬南芥的鹽耐受性，並通過減少葉片水分的散失和ABA介導的氣孔開閉增強了轉基因的抗旱性；5、轉錄組學分析顯示：athspr突變體在鹽處理條件下，涉及ROS積累、ABA信號轉導、細胞死亡、脅迫回響和光合作用等相關基因的轉錄回響與野生型相比有較大差異，AtHSPR基因可能通過調控這些信號通路來參與擬南芥的鹽脅迫應答；6、通過酵母雙雜交系統篩選驗證了包括與鉀離子轉運相關的KCO5和抗氧化相關的FeSOD1在內的11個與AtHSPR相互作用的蛋白，並在鹽耐受性中發揮重要作用。綜上所述，AtHSPR作為一個ABA介導的鹽耐受性的正向調控子，通過清除過度積累的ROS、調控ABA誘導的氣孔關閉和ABA信號轉導、維持光合作用和體內Na/K離子平衡來增強植物的耐鹽性。本研究不僅具有重要的科學意義，同時還為通過轉基因提高農作物的鹽旱耐受能力奠定了基礎。
