江西特色抗旱柑橘砧木--三湖红橘的根系生长及水通道蛋白基因对干旱的响应研究

Most of the citrus producing areas in China are located in hills or mountains. Citrus plants are frequently threated by drought,which severely affects fruit yield and quality.It is well known that use of tolerant rootstocks is an effective way to improve drought tolerance of citrus plants.Previous studies showed that Sanhuhongju,the local resource in Jiangxi province,is very tolerant to drought and hence has great potential application as rootstock.However,little researches on the mechanism underlying its root response to drought were carried out yet.In this project,Sanhuhongju (drought-tolerance) and Sanhuhuahong (drought -sensitive) will be selected as experiment materials,and the seedlings will be grown in sand culture or solution culture.Root water conductivity will be determined to detect the differences in water uptake between the two rootstocks,then root architecture and cell structure changes will be analysed to elucidate the contrasting hydraulic behaviour of roots.In addition,aquaporin (AQP) genes will be cloned and their expression patterns and positions will also be investigated.Moreover,the genes closely related to water uptake will be further selected for functional charactering via transformation of Arabidopsis thaliana.The results of this project will provide candidate genes for molecular breeding of drought-tolerant citrus rootstocks，and provide theoretical bases for further study on regulation roles of rootstock-scion interaction in whole plant tolerant to drought.

我国柑橘主产区大部分位于丘陵或山地，常受到干旱的严重威胁，造成产量和品质的严重下降，而使用抗旱砧木是提高柑橘整体耐旱性的有效途径。前期研究发现，江西地方特色资源--三湖红橘的抗旱性极强，具有广泛用作砧木的潜能，但对其根系抗旱机制的研究尚未开展。本项目将以抗旱性强的三湖红橘为试材，以抗旱性弱的三湖化红为对照，采用沙培和水培法，通过测定根系水分导度来明确两种砧木根系对水分吸收能力的差异；然后从根系构型及其细胞结构的变化等方面分析差异存在的生理基础；克隆水通道蛋白基因（AQP），并分析基因时空表达模式以及在根系细胞的定位，进一步对根系水分吸收最密切的AQP基因进行拟南芥转化验证，以阐明基因可能具有的生理功能。通过此研究，将为柑橘砧抗旱的遗传改良提供基因资源，为进一步研究柑橘砧穗互作在植株整体干旱适应性中的调控作用提供理论依据。

南方柑橘产区大多处于水分不充足的丘陵或山地。在这些地区，干旱往往给柑橘的树体生长、产量和品质造成不利影响。使用抗旱砧木是提高柑橘整体耐旱性的有效途径。因此，耐旱砧木资源的挖掘、评价和利用对柑橘干旱胁迫研究有重要意义。本研究以抗旱性不同的三湖红橘和三湖化红为材料，采用盆栽控水的方法，首先比较干旱对柑橘生长形态、渗透调节物质含量和抗氧化酶活的影响。结果表明，三湖红橘的抗旱性强于三湖化红与其在干旱胁迫条件下主根长度增加，根冠比增大从而提高根系水分吸收能力有关。此外，干旱胁迫后渗透物质尤其是叶片脯氨酸的积累和POD活性的升高，也有助于三湖红橘应对干旱胁迫带来的伤害。其次，研究了干旱胁迫和复水处理后植株叶片光合、叶绿素荧光和根系构型的变化。结果表明，干旱对三湖红橘光合性能的影响小于三湖化红，并且前者能够维持更高的水分和光能利用率。最后，以甜橙数据库水通道蛋白（AQPs）序列为基础，对其进行全基因组分析，比较了相关基因在两种柑橘幼苗干旱条件下表达差异。结果表明，在甜橙全基因组中共鉴定了34个CsAQPs成员，可分为5个亚家族：PIP、NIP、TIP、SIP和XIP，分别含有11个、8个、9个、3个、3个成员。预测CsAQPs的蛋白长度为198~354个氨基酸残基，等电点在4.83~10.07之间，分子量范围为21.1~39.9 kD。干旱后，两种砧木根系中大部分CsPIPs和CsTIPs下调表达，但是也有一些基因在叶片中上调表达。与三湖化红相比，三湖红橘根系中CsPIP1;2、CsTIP3;2和CsNIP2;1下调表达量更大，同时叶片中CsNIP1;1、CsNIP1;3、CsNIP4;1和CsNIP5;1上调表达量更大。这些基因可能在响应干旱胁迫中起重要作用。比较抗旱性不同柑橘对干旱胁迫响应的差异，对阐明柑橘抗旱生理机制和抗旱砧木的选育有重要意义。同时，本研究也为进一步解析AQP基因在柑橘干旱中的功能提供了理论依据。