茉莉酸诱导相关AP2/EREBP转录因子调控橡胶草产胶机理的研究

As an important industrial raw materials and strategic materials urgent need further research and development of natural rubber. This is a kind of alternative plant that has great development prospects as Taraxacum kok-saghyz. Jasmonic Acid (JA) is the key signal molecules to induce laticifer differentiation, and biosynthesis of rubber may play an important role, it is important to natural rubber latex production process. At present, although some JA response genes have been cloned, but its functional identification and certain difficulties. In this study, as the carrier of Taraxacum kok-saghyz, using the transgenic technology to identify the function of the related factor AP2/EREBP gene induced with JA, and help to better elucidate the transcription factor regulating yield molecular mechanism in Taraxacum kok-saghyz at the molecular level, and provide new targets for the future regulation of natural rubber biosynthesis, At the same time also can build grass rubber biosynthesis rubber homologous or heterologous expression system in Taraxacum kok-saghyz for the ultimate realization of the goal, to provide the basis in theory and technique in gene cloning, genetic transformation and gene function research. Especially with the isolation and functional characterization of transcription factor regulation rubber production process, gene regulation model of rubber biosynthesis, will be conducive to better by means of genetic engineering research and improvement of the natural rubber secondary metabolic pathways, provide a new way for the industrial production of natural rubber.

天然橡胶作为一种重要的工业原料和战略物资亟待进一步研究与开发，橡胶草是一种具有很大发展前途的橡胶树替代植物。茉莉酸（JA）是诱导乳管分化的关键信号分子，而且对橡胶的生物合成可能具有重要的调控作用，这对天然橡胶的产胶过程有着重要的意义。目前, 虽然一些JA响应的基因相继得到克隆, 但其功能鉴定还有一定的困难。本研究以橡胶草为载体，采用转基因技术对与JA诱导相关因子AP2/EREBP基因进行功能鉴定，有助于在分子水平上更好地阐明这类转录因子调控橡胶草产胶的分子机理，为今后调控橡胶的生物合成提供新的靶点，同时也能为最终实现构建橡胶草生物合成橡胶的同源或异源高效表达系统的目标，在基因克隆、遗传转化及基因功能研究等方面提供理论依据和技术基础。特别是随着调节产胶过程的转录因子的分离和功能鉴定，研究橡胶生物合成的基因调控模式，将有利于更好地采用基因工程手段研究和改良天然橡胶次生代谢途径，为天然橡胶的产业提供新的途径。

本项目的研究，利用茉莉酸类对植物次生代谢途径进行诱导，结合功能基因组学等相关技术，本研究全面、系统地对与茉莉酸应答相关基因的表达调控分析，有助于进一步了解茉莉酸对橡胶草的乳管分化和对天然橡胶生物合成的调控作用，目前已取得一批有特色、有影响的成果。项目始终按计划展开工作，执行的结果主要反映在发表的10篇论文。.本课题在前期研究了橡胶草的离体培养，建立了高效再生体系，通过试验将转化条件进行优化，拓展和丰富橡胶草的相关研究，从分子育种研究的角度为进行橡胶草定向遗传改造提供重要的操作平台。.利用转基因技术在分子水平上阐明天然橡胶次生代谢生物合成途径关键酶调控橡胶草产胶的分子机理，研究JA影响天然橡胶生物合成关键酶基因（TkHMGR、TkCPT1、TkFPS以及TkGGPPS）的表达和调控研究模式，从启动子功能角度阐释TkGGPPS启动子，上述的研究工作为我们更好地采用基因工程手段研究和改良天然橡胶次生代谢途径，为橡胶草产业化生产橡胶提供有力的工具。.利用高通量mRNA转录组测序分析橡胶草对MeJA的响应，研究AP2/EREBP转录因子在JA诱导过程中发挥的重要调控作用，差异表达基因分析发现，与茉莉酸合成相关的基因如LOX、AOS、AOC和OPR等基因上调表达，说明外施茉莉酸造成植物体内茉莉酸含量增加；分析注释得到的AP2/EREBP家族转录因子，发现差异表达的主要是ERF和DREB两类，说明ERF和DREB参与橡胶草响应外源茉莉酸甲酯的信号通路过程。综合JA诱导的橡胶草转录组学分析、转基因植株表型和功能实验，转基因植株中AP2/EREBP转录因子调控的下游基因的定量分析所获得的结果，表明MeJA处理橡胶草后，首先促进橡胶草内茉莉酸生物合成，导致橡胶草内茉莉酸含量增加，进一步通过α-亚麻酸信号转导通路相关转录因子调控橡胶生物合成基因的表达而调控橡胶草内橡胶生物合成和其他生理活动。本研究为提高橡胶草橡胶产量提供了新的理论依据，为进一步研究橡胶草提供了候选基因以及更多的生物学信息。有助于对AP2/EREBP转录因子参与的激素信号介导下基因调控网络认识的解决。