植物盐胁迫诱导高表达ENO2基因功能、调控机理及抗逆性分析

As an enolase, ENO2 is mainly involved in the catabolism of sugar. However, latest studies discovered that similar as animal ENO2, the botanical ENO2 exhibited dual functions in responding abiostress and serving as a transcription factor. While, few studies focus on the dual functions of botanical ENO2, furthermore the response ways of ENO to stress differ in different plants. Therefore, the gene-regulating process and molecular mechanism of ENO deserve to be further studied. Our research group has been investigating on anti-stress mechanism and gene resources of plants for over two decades. We have found in Thellungiella salsuginea that the ENO2 gene expression is up-regulated by high concentration of salt at both transcription level and protein level, the protein phosphorylation was also enhanced. On the basis of Arabidopsis thaliana ENO2- mutant obtained in our lab, this study aims to establish the gene over-expression, covering and other genetic modified strains through ENO2 gene cloning. Phenotypes of mutant and wild type, physiological and biochemical indexes will be compared to study the effect of ENO2 on plant growth and stress resistance. The regulation mechanism of ENO2 gene in plant under abiostresses will be clarified through the subcellular tissue localization of ENO2 gene production and the analysis of mRNA expression pattern; especially by cloning of ENO2 promoter and the research of fuctions of its regulatory elements and regulation mechanism. The role of the gene and the value of promoter for abiostress tolerance of plant and potential application in farming will be evaluated as well. Our study will provide new genetic resources for crop breeding of abiostress tolerance with independent intellectual property rights.

众所周知，烯醇化酶ENO2的主要功能是参与糖的分解代谢, 但近年来继动物之后，植物中也发现其具有应答逆境胁迫及转录因子"双功能", 然而，这方面的报道很少，且ENO2逆境胁迫响应的方式也不相同，表明其基因功能、调控分子机理还有待研究。本实验室多年开展植物抗逆机理和基因资源的研究，在盐芥中发现该基因在转录、蛋白质水平均受高盐诱导上调表达，蛋白磷酸化增强。本研究旨在前期工作基础上,利用已获得的拟南芥eno2-突变体，通过ENO2基因克隆，建立该基因过表达、回补等转基因株系，与突变体和野生型进行表型和抗逆生理生化指标对比，研究其对植物发育和抗逆性作用；通过该基因组织和亚细胞定位及mRNA表达模式分析；特别是通过ENO2启动子克隆及其调控元件功能和调控机理的研究，阐述ENO2基因的逆境响应调控机理，分析评价该基因及启动子在抗逆中的作用和潜在应用价值，为作物抗逆育种提供具有自主知识产权的新基因资源。

烯醇化酶ENO2的主要功能是参与糖的分解代谢，但最新研究表明在动物中ENO2具有应答逆境胁迫及转录因子“双功能”。然而，这方面的研究在植物中报道较少，且ENO2响应逆境的方式也不尽相同，因此，ENO2基因的功能及其响应非生物胁迫的机制还有待研究。本项目旨在挖掘ENO2基因的新功能，通过对其启动子进行研究，分析其调控元件等，探究ENO2表达调控机理。此外，通过相关技术，比较分析ENO2蛋白的组织定位和亚细胞定位，并检测ENO2基因和蛋白在正常条件和非生物胁迫下的表达模式；借助原核表达等技术分析ENO2蛋白磷酸化位点；并利用体外高盐和干旱胁迫实验分析ENO2基因在植物非生物逆境响应中的作用，并通过生理指标及转录组测序揭示其响应非生物胁迫的机理。项目研究结果表明，ENO2突变将导致拟南芥萌发率下降、植株变矮、莲座叶数目变少、花粉粒变少且畸形、角果变短等。ENO2基因启动子中含有31种顺式作用元件，不同组织或不同胁迫下，不同长度的PAtENO2的启动能力存在差异。其中响应盐胁迫的核心序列可能位于-1177到-1190 bp。ENO2蛋白主要定位在细胞质中，MBP-1蛋白主要定位在细胞核中，其基因组织表达特异性不强，在角果中表达量最高。另外ENO2蛋白主要有19个磷酸化位点。盐胁迫可以诱导ENO2的高表达，过表达ENO2可以增强植物的抗盐能力。盐胁迫下，突变体中的次生代谢产物的生物合成途径、植物-病源相互作用途径和植物激素信号转导途径的基因富集程度最高。通过本项目的研究，系统分析了ENO2在植物生长发育中的作用，初步揭示了该基因及其启动子在植物响应逆境胁迫中的功能及其调控机理，为植物抗逆育种提供了理论依据以及具有自主知识产权的新基因资源。