柽柳水通道蛋白基因ThTIP调控植物耐盐能力的研究

Aquaporins can form water-selective channels in plants, facilitating the permeation of water through membranes, and are involved in many important physiological processes as well as the responses to stress conditions. In the previously study, a TIP gene (ThTIP) was cloned from Tamarix hispida, which is induced by various abiotic stresses, suggesting a role in stress tolerance in T. hispida. On this basis, in this project, the fusion construct of promoter of ThTIP driving GUS gene was transformed into T. hispida, and the spatio-temporal expression of ThTIP will be studied by GUS staining. The cis-elements involved in stress response will be identified. Based on the identified cis-elements, yeast one hybrid is employed for investigation of the upstream regulators.The transgenic T. hispida plants that overexpression or inhibited expression of ThTIP will be generated, and the changes of physiological parameters are compared between these two kinds of plants. Furthermore, metabonomics is used to compare the metamblism changes between T. hispida overexpression of inhibited expression of ThTIP to determine the small molecule substance that may be facilitated by ThTIP. These studies will be contributed in revealing the regulation mechnism of ThTIP in plant salt tolerance, and provide the theoretical and practical base for molecular breeding of the trees.

植物水通道蛋白在植物体内能形成水分选择性运输通道，介导水分的跨膜运输，并参与植物体的许多重要生理过程及逆境应答反应。我们已经从柽柳中克隆了水通道蛋白ThTIP基因及启动子序列，进一步研究发现ThTIP受多种非生物胁迫诱导，提示其与柽柳抗逆相关。在此基础上，本项目拟将ThTIP基因启动子与GUS 基因融合，转入柽柳，利用GUS染色研究该基因在柽柳中的时空表达。鉴定启动子中的重要顺式作用元件，以这些元件为基础，通过酵母单杂交技术研究其上游的调控基因。将ThTIP转入柽柳中，使之过表达和抑制表达，比较ThTIP过表达、抑制表达和野生型柽柳间生理指标的差异，研究ThTIP在生理水平调控植物耐盐的机制。利用代谢组学技术研究盐胁迫下ThTIP基因过表达与基因沉默植株的代谢差异，进而鉴定ThTIP基因可能调控运输的小分子物质。通过以上研究阐明ThTIP基因调控植物耐盐的能力及其机理。

植物水通道蛋白在植物体内能形成水分选择性运输通道，介导水分的跨膜运输，并参与植物体的许多重要生理过程及逆境应答反应。本项目在ThTIP时空表达特性、ThTIP上游调控因子以及ThTIP对植物的耐盐生理调节和代谢调控三个方面系统研究柽柳水通道蛋白基因ThTIP在盐胁迫应答过程中的功能及调控机理。. 将ThTIP启动子定向替换植物表达载体pCAMBIA1301中的35S启动子，构建了ThTIP启动子驱动GUS表达载体，利用瞬时转化技术转化柽柳，通过GUS染色分析ThTIP基因的表达特性。结果显示，ThTIP基因启动子具有启动子活性，GUS活性主要表现在柽柳幼苗的根部、茎顶端和嫩叶，表明ThTIP表达具有组织特异性，主要在生长旺盛和幼嫩组织中表达。并且ThTIP启动子能够对盐胁迫作出响应进而启动ThTIP基因表达。. 利用启动子系列缺失的方法，鉴定了长度为252 bp（-181~-432 bp 区段）的启动子序列为ThTIP基因核心启动子区段，此区段包含ABRE顺式作用元件。利用酵母单杂交技术，筛选获得了一个能够与ThTIP启动子上ABRE顺式作用元件互作的蛋白ThbZIP，ThbZIP可能是ThTIP基因的上游调控因子。. 异源表达ThTIP 基因能够提高非生物胁迫下转基因拟南芥种子的萌发率，其幼苗根长、鲜重和生长状态也明显优于野生型拟南芥。另外，利用瞬时转化获得过表达和抑制表达柽柳，ThTIP显著提高了非生物胁迫下转基因柽柳的活性氧(ROS)清除能力，降低了叶片细胞的死亡程度，提高了转基因柽柳的抗逆能力。. 利用GC-MS技术对盐胁迫下过表达和抑制表达植株差异代谢物质进行鉴定。在盐胁迫下，可溶性糖、多元醇和维生素E等代谢物的含量在过表达转基因植株中明显高于抑制表达植株。因此，ThTIP可能通过参与细胞中这些渗透调节物质和抗氧化剂的生物合成或运输过程，从而提高柽柳的耐盐性和抗旱性。. 本项目的研究结果有助于加深对水通道蛋白功能的认识，完善木本植物的耐盐调控机制，为林木分子育种提供优秀的基因资源和理论基础。