E3泛素连接酶HvSIAH1在大麦耐盐反应中的功能和作用机制

The most effective way for utilizing saline soil is cultivation and planting the salt tolerance crop, so understanding the adaptation mechanisms of higher plants to salt stress is critical for enhancing salt tolerance crop plants. Among cereals barley is the most salt tolerance plant, and also a good model plant to study the mechanism of salt stress. In our previous study, a transcriptome analysis was taken on the salt induced barley cultivar Hua30’s microspores. We found one E3 ligase gene, HvSIAH1, was significantly up-regulated compare to the control, after silencing HvSIAH1 by VIGS in Hua30, the plant’s ability on salt stress was significantly decreased. These suggested HvSIAH1 may play important role in the response to salt stress of barley. In this project we will do further functional analysis on HvSIAH1 in the salt stress of barley, and make clear the role HvSIAH1 plays in the barley-salt interaction, the relationship among gene’s evolution, structure and function will be studied. This project will give a clue on the function and mechanism of HvSIAH1 in salt stress of barley, and can also create salt tolerance germplasm materials for barley breeding. Finally, this work will help us underly the molecular mechanism of salt tolerance of barley, and provide foundation for crops improvement.

培育与种植耐盐作物品种是高效利用盐渍化土壤的最有效途径，明确植物耐盐机理则是培育作物耐盐品种的基础。大麦在禾谷类作物中耐盐性最强，是研究耐盐机理的理想植物。申请人在前期研究中，对盐胁迫后的大麦品种花30小孢子进行转录组测序，发现一个E3连接酶基因HvSIAH1显著上调，利用VIGS沉默该基因后花30的耐盐性显著降低，由此推测该基因在花30耐盐响应中可能发挥着重要作用。本项目将在此基础上进一步明确HvSIAH1在花30耐盐反应中的功能，分析HvSIAH1在花30耐盐反应中的作用机制，验证HvSIAH1基因进化、结构和功能的关系。项目最终对HvSIAH1在大麦耐盐反应中的功能和作用机制做出解释，同时能创造优质耐盐种质材料，为深入理解大麦耐盐机理和作物耐逆遗传改良提供基础。

培育与种植耐盐作物品种是高效利用盐渍化土壤的最有效途径，明确植物耐盐机理则是培育作物耐盐品种的基础。大麦在禾谷类作物中耐盐性最强，是研究耐盐机理的理想植物。前期研究中，对盐胁迫后的大麦小孢子进行转录组测序，发现一个E3连接酶基因HvSIAH1显著上调，利用VIGS沉默该基因后大麦的耐盐性显著降低，由此推测该基因在大麦耐盐响应中可能发挥着重要作用。本项目对HvSIAH1进行序列特征分析、表达特征分析和功能验证。序列分析发现，HvSIAH1编码一个含Ring finger的SINA类E3连接酶，并且该基因在麦类作物中进化保守；HvSIAH1基因组序列在不同大麦（青稞）材料中存在SNP差异，并且在Morex中转录后剪切和国内大麦（青稞）材料存在差异；体外泛素化结果表明HvSIAH1在体外具有E3连接酶活性；Plant CARE分析启动子序列表明HvSIAH1启动子含有响应ABA和渗透压胁迫的元件；组织特异性分析表明，HvSIAH1在大麦根中表达量最高；受NaCl和ABA诱导后HvSIAH1表达量显著上调；亚细胞定位实验表明HvSIAH1蛋白分布在整个细胞中；利用农杆菌转化大麦小孢子愈伤，实验结果表明，盐敏感大麦材料L07过量表达HvSIAH1后，盐胁迫处理后耐盐性有显著的提升；而RNAi沉默HvSIAH1的花30植株，盐胁迫处理后耐盐性有显著的降低。进一步构建酵母双杂交文库并以HvSIAH1为诱饵筛选酵母双杂交cDNA文库，获得4个候选蛋白。对其中的NFYC进行BiFC验证，表明HvSIAH1和NFYC在体内存在相互作用。本研究表明HvSIAH1在大麦耐盐反应中起正向调控作用，可为大麦耐盐育种提供了有利用价值的抗性基因资源，为深入理解大麦耐盐机理和作物耐逆遗传改良提供基础。