木薯转鹰嘴豆抗逆基因材料的创制与评价

木薯是重要的能源作物，其产量和质量受到低温、盐碱、干旱等逆境的严重影响，抗逆育种意义重大。转基因手段省时、高效，是培育木薯新品种的有效途径，但目前在抗逆研究上的应用较少。同时，低遗传转化率也限制着木薯转基因研究的发展。项目组先前从高度耐逆植物鹰嘴豆中分离鉴定出5个逆境相关基因（4个NAC和1个甘、脯氨酸富集蛋白GPRP基因）。转基因研究表明，它们均能显著增强拟南芥对一种或一种以上逆境的抗性，具有潜在利用价值。本项目拟先选取18-20个主要栽培品种作抗逆性鉴定，择3个丰产性好但抗性弱的品种做转化材料，基于组织培养技术和农杆菌介导法构建高效的遗传转化体系；将5个抗逆基因分别导入3个候选品种，拟借助诱导型启动子的应用避免外源基因过表达可能造成的负面影响，分别在室内和田间调查转基因材料的生物学特性和农艺性状，评价其抗逆能力、遗传稳定性和生态适应性，为木薯生产栽培和抗逆育种创制新的种质资源。

低温、盐碱、干旱等逆境严重影响木薯的产量和质量，通过基因工程技术可快速有效地提升其耐逆能力。然而，之前关于木薯抗逆遗传工程的研究没有受到足够关注。优质耐逆基因及有效遗传转化体系的匮乏限制着木薯抗逆遗传工程的发展。项目组先前从高度耐逆植物鹰嘴豆中分离鉴定了5个能显著增强拟南芥植株抗逆性的优质功能基因（4个NAC和1个甘、脯氨酸富集蛋白基因GPRP），用于提升作物抗逆性具有巨大潜力。基于以上现状，我们广泛收集了16份木薯主要栽培品种，生长特性和逆境适应性分析显示，西选03、 新选 048、华南 205、辐选 01 和华南 124等五个品种具有丰产性好但抗逆性较弱的特点，适合作为遗传改良的对象。经过大量的比较实验，我们为每个品种分别建立了一套高效的离体再生培养技术和一套有效的基于农杆菌介导的遗传转化体系。借助这些遗传转化体系，我们成功获得了3个品种（西选03、 新选 048、辐选 01）分别异位表达5个耐逆基因的遗传材料。以上结果为目标基因的生理功能分析和抗逆性木薯品种的培育及应用奠定了良好的基础。为探讨GPRP和NAC基因增强木薯抗逆性的可能机理，我们借助拟南芥深入研究了这些基因的功能机制，并延伸分析了GPRP家族及其近源家族（PGYRP和Annexin）的分子特性。结果表明，CarGPRP1和CarNAC2通过促进一系列耐逆功能基因的表达来促成脯氨酸等物质的积累，最终显著增强植株的抗逆性。而参与逆境生理调节是xypp大家族（GPRP、PGYRP和Annexin）的共有特性。这些开创性的发现促进了我们对植物耐逆机制的理解，也拓展了作物抗逆工程候选资源的范围。