番茄INVINH1在调节植物耐寒性中的功能研究

Invertase, related with sucrose hydrolysis and transport, play diverse roles in responses to biotic and abiotic stresses. In our preliminary study, the expression of cell wall invertase inhibitor (INVINH1)in tomato was induced by cold and abscisic acid treatment. Interestingly, compared with the wile type, the transgenic tomato silencing the expression of INVINH1 showed an enhanced tolerance to cold stress. To indicate the role of INVINH1 in plant cold tolerance, the proposal will be carried out in tomato as follows: find out the expression pattern of INVINH1 in the vegetative organs of tomato; compare the change of gene expression pattern, invertase activity and sugar content between in wild type and in transgenic tomato before or after cold treatment; observe the phenotype of the transgenic tomato overexpressing and silencing INVINH1 after cold treatment, and detect the physiological index related with plant cold resistance; search the transcription factors which regulate the expression of INVINH1; investigate the possible mechanism by which INVINH1 regulates the plant tolerance after cold treatment. This study will uncover the funtion of cell wall invertase and the effect of sugar content on plant tolerance to cold stress, which provides further scientific basis for genetic improvement of crops'cold tolerance.

蔗糖转化酶与蔗糖的水解和运输相关，参与植物对生物及非生物胁迫的应答。我们在前期研究中发现：低温和脱落酸能诱导番茄细胞壁蔗糖转化酶抑制蛋白（INVINH1）的表达；与野生型相比，INVINH1 RNA干扰的转基因番茄表现出对低温胁迫更强的耐受性。为揭示INVINH1在调节植物耐受低温胁迫中的功能，本项目拟开展以下研究：分析番茄INVINH1在营养器官中的表达模式；低温处理对基因表达、酶活性和糖含量的影响；观察INVINH1过量表达及RNA干扰的转基因植株在低温处理后的表型，检测与低温耐受相关的生理指标；鉴定调节INVINH1基因表达的转录因子；探讨INVINH1在调节植物耐寒性中的机理。本研究将有助于阐明蔗糖转化酶抑制蛋白在调节植株抵抗低温胁迫中的功能，从而为遗传改良农作物的耐寒能力提供理论依据。

己糖是一个重要信号分子参与了植物对于生物及非生物胁迫的响应及应答。低温胁迫严重影响了植物的生长发育，然而对于己糖在植物抵御低温胁迫中的功能我们知之甚少。蔗糖转化酶可以不可逆的将蔗糖水解为己糖，而蔗糖转化酶的活性在很大程度上依赖蔗糖转化酶抑制蛋白的调控。在我们的研究中我们检测了番茄中蔗糖转化酶抑制蛋白INVINH1在抵御低温中的功能。研究发现：低温抑制INVINH1的表达。降低INVINH1的表达增强了植株对于低温的耐受，相应低温处理后INVINH1的表达降低的转基因植株中脯氨酸含量和过氧化物酶的活性都较野生型增加。反之过量表达INVINH1转基因植株对于低温胁迫的耐受减弱，相应低温处理后INVINH1的表达增加的转基因植株脯氨酸含量和过氧化物酶活性都较野生型减少。低温处理INVINH1的表达增加、降低的转基因及野生型植株，处理后各种植株中己糖（包括葡萄糖和果糖）的含量都增加，而且己糖的含量和INVINH1的表达量负相关。体外施加葡萄糖可以掩盖由于INVINH1的表达的不同导致的植物对于低温耐受的不同。INVINH1的表达的改变在低温处理后影响了CBF家族基因的表达，体外施加葡萄糖显著增加了低温处理后CBF家族基因的表达，且在转基因植株与野生型植株间的CBF家族基因的表达无显著差异。INVINH1的表达的改变影响了脱落酸合成途径中关键基因NCED1的表达和体内脱落酸的含量。体外施加脱落酸同样能够掩盖了由于INVINH1的表达的不同导致的植物对于低温耐受的不同。我们的研究证实了：1、INVINH1是一个新的能够调节番茄对于低温的耐受的蛋白；2、己糖尤其是葡萄糖在上述过程中起重要作用；3、INVINH1可能通过影响己糖含量调节CBF基因家族表达或者脱落酸的合成调节植物对于低温的耐受。