西藏砂生槐DREB转录因子基因克隆及抗旱功能研究

Drought is one of the main stress factors in plant survival in Tibet. It seruously threatens to plant propagation,growth and development. Therefore, breeding of drought-resistant vegetation plant is a key research direction in Tebetan ecological restoration currently. Based on metabolism theory of drought resistance of Arabidopsis, rice and some legume plants, utilizing plant physiology and molecular biology methods with DREB transcription factor gene recourses from relative drought-resistant indigenous Tibetan Sophora moorcroftiana (SmDREBs), this study mainly focuses on: (1) revealing the structures and expression profiles of SmDREBs; (2) drought resistance characterization of SmDREBs; (3) improving drought resitance of Tibetan moorcroftiana adapted to Tibetan climate features with SmDREBs. The goal of this project is to characterize the regulation role of SmDREBs in drought resistance process, and this achievement has practical significance for solving Tibetan ecological restoration problem, also provides some theoretical foundation for breeding of drought-resistant plants with SmDREBs.

干旱是西藏植物生存最主要的逆境因素之一，严重威胁植物繁殖和生长发育。培育抗旱植物是当前解决西藏生态恢复过程中选择物种的一个重要研究方向。本研究基于目前拟南芥、水稻及一些豆科植物抗旱代谢理论研究基础，利用较抗旱西藏乡土植物砂生槐DREB转录因子基因（SmDREBs）资源，采用植物生理学及分子生物学方法主要研究：（1）SmDREBs结构及表达模式；（2）SmDREBs抗旱功能；（3）SmDREBs用于改良原西藏砂生槐抗旱性，从而获得抗旱性更强且适应西藏气候特征的砂生槐新种质。本研究旨在揭示SmDREBs在抗旱代谢途径中的调控作用，该研究成果对于解决西藏生态恢复过程中树种选择问题具有现实意义，并可为利用SmDREB进行植物抗旱育种提供理论依据。

砂生槐是青藏高原重要的抗旱乡土灌木种，在当地生态、观赏、药用、饲用、燃料方面具有非常重要的作用，但其抗旱的分子机理研究不清楚。本项目以砂生槐为研究对象：①对干旱胁迫下的砂生槐叶片进行了高通量转录组测序，从转录组中筛选、克隆了砂生槐4个抗旱相关的候选DREB基因命名为SmDREB1-4，并分析其结构，这为砂生槐抗旱及其它分子研究提供了序列基础；②分析了干旱及其它非生物胁迫对砂生槐幼苗叶片气孔参数、脯氨酸含量及SmDREB1-4基因表达的影响，结果SmDREB1表达对干旱及其它三种非生物胁迫响应显著，后续研究主要针对SmDREB1展开；③核定位及转录激活研究表明，SmDREB1定位于拟南芥细胞核中，但其转录激活功能较弱。④SmDREB1异源转化拟南芥株系抗旱性显著提高，转基因拟南芥株系中抗氧化保护酶活性、游离Pro含量、光系统II最大量子产量显著提升；⑤通过对13个不同种源砂生槐干旱胁迫下发芽参数及幼苗生长指标比较分析发现，日喀则南木林（NML）种源抗旱性最强；⑥砂生槐组培再生体系优化研究表明，种子休眠需要用硫酸打破，结合激素处理能显著提升其发芽率。WPM+6-BA 1.0 mg L-1+NAA 0.2 mg L-1是其子叶节诱导丛生芽的最佳培养基组合，诱导生根的最佳组合是1/2 MS+NAA 0.02 mg L-1+IBA 0.5 mg L-1；⑦基于NML种源砂生槐遗传转化SmDREB1基因，获得1个转基因株系，经扩繁移栽鉴定，其抗旱性小幅提升，转基因植株中抗氧化保护酶活性、游离Pro含量、光系统II最大量子产量小幅提升。受本项目资助，共发表学术论文8篇，项目主持人参加国内学术交流1次，培养毕业硕士研究生3名。