杨树HDAC基因在盐胁迫反应中的功能研究

Histone deacetylases (HDACs) are important enzymes involved in the regulation of histone acetylation status. HDAC proteins play a key role in chromatin structure modification, gene expression, and stress responses. In recent years, HDACs have attracted more attention and their functions in plants have been studied. HDACs are involved in salt stress responses in Arabidopsis. However, to date, little is known about the function of wood plant HDACs. The aim of this project is to investigate the function of populus HDACs in salt stress response. First, by using Real-Time PCR and Northern blotting, we will analyze the expression of HDAC family genes under salt stress condition to find the genes that are significantly regulated by salt. Then we will focus on the functional study of these genes. HDAC spatial expression pattern and sub-cellular localization will be studied with the methods of in situ hybridization and GFP fusion protein expression, respectively. In order to investigate the function of HDACs, HDAC genes will be over-expressed (OE) or down-regulated (RNAi) in populus and the salt tolerance of transgenic plants will be studied. In addition, we will treat populus plants with HDAC specific inhibitor Trichostatin A (TSA) to study the role of HDAC in salt tolerance. By using above molecular, plant physiological and biochemical methods, we will hopefully clarify the function of populus HDACs in salt stress response. The functional study of HDAC will provide valuable information for understanding the epigenetic regulation of salt stress response. Meanwhile, it will provide new options for tree genetic modification and breeding.

组蛋白去乙酰化酶（HDAC）参与组蛋白乙酰化的调节，与染色质结构改变、基因表达和环境胁迫有密切关系。近几年HDAC在植物中的作用得到广泛关注。在拟南芥等草本植物中HDAC与盐胁迫应答反应有关。目前，对于木本植物HDAC的功能了解甚少。本项目拟研究杨树HDAC基因在盐胁迫反应中的功能。首先，采用RealTime PCR 和Northern方法分析盐胁迫下HDAC家族基因的表达，确定与盐胁迫密切相关的家族成员并进行深入研究。应用原位杂交技术和GFP报告基因分析这些HDAC基因的组织和细胞表达特异性以及亚细胞定位；采用基因过量表达、RNAi技术和组蛋白去乙酰化酶抑制剂（TSA）处理等方法分析HDAC表达量或酶活性的变化与植株耐盐性的关系。预期通过上述分子生物学和生理生化研究揭示HDAC在杨树盐胁迫反应中的作用，为了解盐胁迫的表观遗传调控机理提供重要的理论基础，并为林木抗逆性遗传育种提供新的思路。

组蛋白去乙酰化酶（HDAC）参与组蛋白乙酰化状态的调节，组蛋白乙酰化状态影响染色质结构和基因转录，在植物生长发育和胁迫反应过程中发挥十分重要的调节作用。目前，HDAC基因功能的研究主要集中在草本植物拟南芥或水稻、小麦等农作物上。有关木本植物HDAC家族基因的表达和功能研究未见报道。本项目分析了毛果杨HDAC家族16个成员在根、茎、叶不同器官的表达，以及这些基因在盐胁迫和低温胁迫条件下的表达；明确了HDA901、HDA902、HDT901、HDT902基因所编码蛋白质的亚细胞定位；研究了HDT902、HDA902基因在盐胁迫下的功能。研究结果表明，毛果杨HDAC家族16个成员均能在根、茎和叶中表达，每个基因在这些器官中的表达水平有差异。盐胁迫分析显示，200 mM NaCl处理48小时, 能够抑制大部分HDAC基因的表达，而低温胁迫处理3天显著诱导HDAC基因的表达。亚细胞定位分析表明，HDA902主要定位于细胞质中，HDT901、HDT902专一性定位于细胞核内。采用农杆菌介导法将HDT902基因遗传转化到拟南芥中，转基因植株对NaCl超敏感。NaCl处理2周，转基因植株绿苗数和鲜重均低于野生型植株。采用农杆菌侵染叶片的方法将毛果杨HDA902基因遗传转化到烟草中，RT-PCR分析显示转基因能够在烟草中表达，可进一步分析其在盐胁迫反应中的功能。这些研究结果表明，与草本植物拟南芥不同，杨树HDT902似乎是盐胁迫耐受性的负调控因子。这些研究结果对于了解杨树盐胁迫反应的表观遗传调控机理具有重要的科学意义。