竹类植物LEA3同源基因结构、表达模式及其分子进化研究

Bamboo is an ornamental, woody and forest plant with good economic, ecological and social benefits, however, little has been known about the molecular regulation mechanism of its drought resistance so far. LEA3 orthologs are widely distributed in higher plants, which play an important role in plant drought resistance and resistance breeding. In this study, the full-length DNA of LEA3 orthologs will be isolated from different bamboos belongs to six tribes, whose structures and characteristics will be investigated. The phylogenetic tree will be constructed in order to discuss the possibility of LEA3 orthologs and their motifs used to identify bamboo relationship and systematic evolution and even to provide some new methods of nuclear-DNA molecular marker for bamboo phylogenetics, meanwhile, adaptive evolution of LEA3 orthologs will be analyzed in order to unveil their molecular evolution characteristics. On the basis of realtime quantitative PCR and in situ hybridization, the expression patterns of LEA3 orthologs in stressed bamboo species will be investigated. The results of this study will not only provide some valuable information for bamboos phylogenetics, but also stimulate and promote the molecular mechanism research of drought resistance in bamboos, and even lay some important and genetic foundation for the final elucidation of molecular regulatory mechanism of drought resistance in bamboo.

竹子作为集经济效益、生态效益和社会效益于一身的园林与森林资源植物，迄今关于竹子抗旱的分子调控机理研究仍然十分薄弱。LEA3同源基因广泛存在于各种高等植物中，在植物抗旱性调节和抗性育种等方面发挥着重要作用。本项目拟从不同族属竹类植物中分离克隆LEA3同源基因的全长DNA序列，解析其结构特征；构建系统发育树，以探讨竹子LEA3同源基因的编码序列及其基元序列在构建竹类植物亲缘关系及其系统演化中的应用，以期为竹类植物的系统演化提供新的核DNA分子标记种类；同时开展该基因的适应性进化分析，揭示该基因的分子进化特征。结合定量PCR及组织原位杂交技术，针对受胁迫竹种进行LEA3同源基因表达模式的分析。本项目研究结果不仅可为竹类植物的系统演化研究提供有价值的参考依据，而且可望带动和促进竹类植物抗旱分子机制的研究，并为竹子抗旱分子调控机理的最终阐明奠定重要的遗传研究基础。

竹子作为集经济效益、生态效益和社会效益于一身的园林与森林资源植物，迄今关于竹子抗旱的分子调控机理研究仍然十分薄弱。LEA3同源基因广泛存在于各种高等植物中，在植物抗旱性调节和抗性育种等方面发挥着重要作用。项目组先后于云南、贵州、广西、四川等5省18个地区采集了42个竹种，涵盖了竹亚科2超族、6族、5亚族、22属；通过采用RT-PCR方法、Race技术及简并PCR扩增等方法分别从42个不同族属竹类植物中成功分离克隆了lea3同源基因的cDNA序列和全长DNA序列，并对其组成结构及序列特征等进行了研究与分析；探讨了竹子lea3同源基因的编码序列及其基元序列在构建竹类植物亲缘关系及其系统演化中的应用，成功构建了竹类植物lea3同源基因的系统进化树，同时发现该基因第一内含子可作为竹类植物新的DNA分子标记方法；开展了该基因的适应性进化分析，揭示了该基因在竹类植物中的分子进化特征。此外，以紫竹和小琴丝竹为材料进行干旱处理，通过荧光定量PCR技术揭示了其lea3同源基因的不同时空表达模式，从而阐释了该基因在竹子抗旱过程中的分子作用机制。本项目研究结果不仅为竹类植物lea3基因的系统演化研究提供了极富价值的理论数据和参考依据，而且对带动和促进竹类植物抗旱分子机制的研究，并为阐释竹子抗旱分子调控机理提供了重要的遗传学数据和理论依据。此外，该项目的研究成果对理解其他作物抗旱机理和提高其分子抗旱育种水平具有一定借鉴和参考作用。