自噬相关基因CaATG8在辣椒耐热性形成中的功能与调控

The relationship between the autophagy-related gene ATG8 and plant heat tolerance remains to be finally understood. In this project, the functions and regulation of ATG8 gene from pepper, a typical thermophilic but heat-sensitive plant species, will be surveyed. Based on the preliminary research work, two pepper lines with different heat tolerance will be used to compare the functions and regulations of CaATG8c and CaATG8e, two CaATG8 family members with predominant induced- expression under heat stress. .The functional research will be conducted by analyzing the expression patterns of CaATG8c and CaATG8e under heat stress, and by studying the effects of gene-silencing and ectopic expression on the heat tolerance of pepper and other plants, and by discovering the effects of autophagy regulators on the expression CaATG8c and CaATG8e and the heat tolerance of pepper. To clarify the candidate regulation pathways of CaATG8 gene involving the development of pepper heat tolerance, experiments will be carried out by comparing the promoter activities of CaATG8c and CaATG8e gene from different pepper lines with different heat tolerance under heat stress, and by investigating the effects of exogenous heat-related signal substances and inhibitor of proteasome system on the expression of CaATG8c and CaATG8e and the heat tolerance of pepper..By this project, the relationship between the ability of removing damaged proteins mediated by autophagy and the plant heat tolerance will be further understood from the aspect of ATG8.

自噬相关基因ATG8与植物耐热性形成的关系尚未完全阐明。针对此问题，本项目拟在前期研究基础上，以“喜温不耐热”的辣椒为试材，以热胁迫下优势诱导表达的CaATG8c和CaATG8e为研究对象，采用耐热品系和热敏品系对比研究的方法，通过分析这两个基因在热胁迫下的表达特性、研究其沉默表达与异位表达对辣椒和其他植物耐热性的影响、探讨自噬调节剂对CaATG8c、CaATG8e基因表达及辣椒耐热性的影响，明确CaATG8基因在辣椒耐热性形成中的功能；通过分析热胁迫下不同辣椒耐热性品系中CaATG8c、CaATG8e基因启动子活性差异，研究外源耐热相关信号物质、蛋白酶体系统抑制剂对CaATG8c、CaATG8e基因表达及辣椒耐热性的影响，阐明CaATG8基因参与辣椒耐热性形成所涉及的调控途径。通过本项目的顺利实施，有望从ATG8的角度进一步阐明自噬介导的受损蛋白清除能力与植物耐热性之间的关系。

自噬介导的受损蛋白清除能力与植物耐热性之间的关系尚未完全阐明。针对此问题，项目在前期基础上，以辣椒耐热品系和热敏品系为试材，研究了自噬途径关键组分基因CaATG8在植物耐热性形成中的功能和调控机制，以及调控蛋白折叠的分子伴侣热激蛋白基因CaHsp对植物耐热性形成的影响，基本完成了项目所规定的任务计划。项目主要取得了以下研究成果。.（1）从辣椒基因组中共鉴定出29个CaATG蛋白基因，这些基因的表达具有组织和器官特异性。非生物胁迫下，辣椒细胞内自噬体数量增加，CaATG基因表达水平发生变化。热胁迫下辣椒耐热品系叶片中自噬体积累量和表达水平上升的CaATG基因数目均高于热敏品系。CaATG8c基因沉默表达和过表达均降低了植物的耐热性和耐盐性。已筛选出CaATG8c候选互作蛋白，CaATG8e的抗逆功能也正在研究中。.（2）从辣椒整个基因组中共鉴定出21个辣椒CaHsp70家族基因，其启动子区包含多个逆境和激素响应顺式作用元件。这些基因的表达具有组织特异性，但热胁迫下均上调表达。CaHsp70-2基因过表达提高了拟南芥的耐热性。.（3）定位于内质网的3个CaHsp70家族基因CaBiP的组织表达特性和胁迫下表达特性存在差异。CaBiP1基因表达能正调控植物对内质网胁迫、热胁迫、盐胁迫、渗透胁迫和干旱胁迫的抗性。.（4）从辣椒基因组中共鉴定出35个Hsp20基因家族成员。这些基因的表达并无明显的组织特异性，但大部分能受热胁迫诱导表达，并且辣椒耐热品系中表达峰值出现的时间早于热敏品系。.（5）热胁迫响应基因CaWAKL20属于WAKs家族，定位在细胞膜上，并与细胞壁相连。该基因的表达受热胁迫和ABA诱导。CaWAKL20基因的表达能负调控植物的耐热性，并负调控拟南芥对ABA的敏感性和ABA信号途径相关基因表达对热胁迫的响应。.（6）高温和疫霉菌接种能互相加重胁迫的程度，感病品系表现更明显。.本项目的实施进一步阐明了自噬、热激蛋白等蛋白质质量控制系统与植物耐热性之间的关系，具有重要的科学研究意义。同时，可以指导高温逆境下农作物的生产，潜在应用价值同样显著。