盐芥WBC家族参与表皮脂类代谢调控及响应干旱的分子机理

WBC family members of ABC transporters are required for plant cuticular lipids extracellular secretion. WBC11, WBC12 and WBC13 are involved in cuticular lipids metabolism in Arabidopsis. Saltwater cress (Thellungiella salsuginea), a close relative of Arabidopsis, with exceptionally high innate tolerance to stresses including drought has obviously different cuticle. How are WBC family members involved in cuticular lipids metabolism and drought stress response? It is deserve to study. Here we focus on comparative analysis on WBC family from saltwater cress and Arabidopsis. Saltwater cress WBC members were searched from genome wide and their structure, evolution, expresssion and function were analysed by bioinformative methods. One of key WBC members, EhWBC11 will be researched maily on the types of lipids it can translocate and its function in response to drought stress. We plan to overexpress sense EhWBC11 in wild and mutant Arabidopsis, and inhibit EhWBC11 expression in saltwater cress through RNAi technique. To eluciate the types of dimers that EhWBC11 is involved to form, cDNA library is constructed and screened by EhWBC11 bait. This project aim to eluciate the molecular mechanism of WBC family in cuticular lipids metabolism and drought stress response, and thus will offer important proofs to extreme tolerance of saltwater cress to environmental stresses.

ABC转运器中的WBC家族参与植物表皮脂类的分泌过程。已有研究显示拟南芥中WBC11、WBC12和WBC13均参与表皮脂类代谢。盐芥与拟南芥近源,但其具有极强的抗逆性(包括抗旱性)能和显著不同于拟南芥的叶表皮结构。盐芥WBC家族成员如何参与表皮脂类代谢调控、响应干旱胁迫，值得高度关注。本研究对盐芥和拟南芥中的WBC家族展开比较研究，对盐芥全基因组范围的WBC家族基因进行搜索，并进行结构、进化、表达及功能分析。同时通过拟南芥中过量表达、突变体互补和盐芥中减量表达的方法，研究盐芥WBC家族中关键蛋白EhWBC11运输脂类的类型及在盐芥抗旱中的功能。建立盐芥cDNA文库，用EhWBC11为诱饵筛选盐芥cDNA文库，获得盐芥中与EhWBC11互作的蛋白，探讨WBC11形成转运器的方式。本项目旨在解析盐芥WBC家族参与表皮脂类代谢调控及响应干旱胁迫的分子机理，为揭示盐芥适应极端逆境的机制提供重要证据

盐芥是一种与拟南芥近缘的极度抗旱、抗盐和抗低温的植物。盐芥叶表皮具有肉眼可见的与拟南芥巨大差异，是研究植物表皮脂类代谢及调控理想的材料。ABC 转运蛋白家族中的ABCG亚家族（或称WBC 家族）参与了植物表皮脂类（主要为蜡质、角质或木栓质）的分泌过程。本研究对盐芥全基因组范围的WBC 家族基因进行搜索，并进行结构、进化、表达及功能等分析。完成了盐芥WBC家族成员搜索及生物信息分析，包括基因和蛋白质结构分析、进化分析、启动子分析、染色体上的结构及定位分析。通过高通量转录组测序结合荧光定量PCR技术开展了对盐芥WBC家族成员的表达分析，包括不同组织部位的表达和不同胁迫下的表达。同时根据生物信息学分析和高通量测序结果，对TsWBC成员进行基因转录的可变剪接分析和蛋白质之间互作的分析。以盐芥TsWBC11和TsWBC25为例，初步揭示了TsWBC成员在盐芥抗逆中的功能。通过分析化学和转录组测序的手段对盐芥表皮脂类代谢与盐芥抗逆性的关系进行了研究。同时开展了对荒漠植物表皮脂类与抗旱性的关系的研究，包括：胡杨表皮脂类与抗旱性关系的研究；孑遗植物四合木抗干旱和盐碱分子生物学机制初步研究。本项目初步揭示了WBC家族成员的功能，并对盐芥表皮脂类与抗逆性关系开展了较为深入地研究，从表皮脂类代谢的角度，阐述了盐芥抗逆的机制，为揭示盐芥适应极端逆境提供了重要证据，并有望指导作物抗逆育种以服务于农业生产。