胡楊抗逆HKT基因重複和功能分化研究

《胡楊抗逆HKT基因重複和功能分化研究》是依託蘭州大學，由萬東石擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：胡楊抗逆HKT基因重複和功能分化研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：萬東石
• 項目類別：面上項目

項目摘要

基因重複和相關的功能分化研究是生物學研究中的前沿領域。多數抗逆物種均發現抗逆相關基因的拷貝數量增加，說明物種抗逆性狀的形成與基因重複密切相關。HKT類基因在抗鹽中具有重要作用；在抗鹽胡楊中，該類基因從非抗鹽的毛果楊中的一個基因增加到了4個。本項目以胡楊的4個HKT基因為對象，開展如下研究：(1)通過不同物種群體水平上的比較，研究胡楊HKT基因拷貝數量的變異及其起源時間；（2）通過比較種間和種內直系和非直系HKT基因序列的分化，研究該基因重複後發生的序列變異和選擇壓力；（3）通過對胡楊4個HKT基因拷貝的時空表達、生化功能和轉基因比較，確定基因重複後的劑量、時空和功能分化；（4）通過上述比較和研究，闡明探討HKT基因重複在樹木抗逆中的關鍵作用，並從胡楊中篩選抗逆效率最高的HKT基因。

結題摘要

基因重複及其功能分化是當前生物學研究領域的前沿領域，植物抗鹽機理是研究熱點之一。HKTs廣泛存在於植物中，在植物抗鹽回響中具有重要功能。本項目通過研究胡楊HKT基因的重複進化歷史，利用轉基因功能驗證等手段，探究了胡楊HKT基因功能分化，及其在胡楊鹽脅迫回響中的作用機制。 ⑴ 楊屬HKT 基因進化模式多樣，在經歷基因組加倍後，經歷了不同的進化模式。胡楊派楊樹，保留了2個以上HKT拷貝，而其它楊樹中，HKT重複後假基因化或表達沉默，楊屬中HKT這種多樣化的進化模式可能和其抗鹽能力有關；⑵ 胡楊HKT發生了功能分化。A,表達模式分化。正常條件下，PeuHKT1;1主要在根部表達，而PeuHKT1;2，PeuHKT1;3在葉中表達，且PeuHKT1;2的表達量較低。鹽處理後，僅PeuHKT1;3在韌皮部中表達顯著上調； B, 生化功能分化。酵母異源表達發現，PeuHKT1;1對Na+親和性顯著高於PtrHKT1;1。而PeuHKT1;1和PeuHKT1;3的Na+親和性隨K+濃度不同。⑶ 楊樹HKT回補擬南芥（hkt）發現，PeuHKT1;3對Na+的親和性最強，PeuHKT1;1次之，PtrHKT1;1最弱；新疆楊中，PeuHKT1;3pro:PeuHKT1;3的表達可以顯著增強其耐鹽能力。⑷ PeuHKT1;1第33和263位胺基酸和Na+親和性有關。酵母異源表達發現，（N33I）和(P263S) 點突變後，會降低HKT對Na+的親和性。⑸ PeuHKT1;3的一個可變剪下PeuHKT1;3-，可提高對K+的轉運能力。總之，基本完成了項目計畫的主要內容。研究結果為研究HKT基因參與楊樹物種逆境適應分化提供重要參考。