扩张蛋白EXPANSINs基因在月季切花失水胁迫耐性中的作用解析

月季切花在全球花卉贸易中销售量和销售额均居切花之首。失水胁迫是引起月季切花流通运输损耗的主要原因，导致花朵不能正常开放。探明月季切花失水胁迫耐性机理，解析其关键基因作用机制，对开发切花采后保鲜技术具有理论和实践意义。 .申请者在基因芯片解析月季花朵失水胁迫响应基因表达谱的基础上，通过Go Term Enrichment等分析，明确了细胞壁组成重要功能基因EXPANSINs是月季切花失水胁迫耐性的关键基因。本研究拟通过比较月季切花EXPANSINs基因响应失水胁迫表达差异，采用病毒诱导的基因沉默（VIGS）、转化模式植物等手段研究EXPANSINs基因在失水胁迫耐性中的作用；克隆关键EXPANSIN基因启动子，筛选其上游转录因子，重点从转录调节的层面探讨EXPANSINs在响应失水胁迫调节月季花瓣细胞扩展中的分子机制，为开发针对月季切花的高效保鲜技术提供依据、为切花采后基因工程提供基因储备。

失水胁迫影响其月季切花花瓣扩展，从而导致整个花朵不能正常开放。影响花瓣扩张主要有3个方面：细胞壁代谢、细胞膨压变化和细胞骨架的重构。然而，至今为止失水胁迫影响花瓣扩张的分子机制还不清楚。细胞壁的松弛是花瓣细胞扩展的基础。扩张蛋白（EXPANSION）是细胞壁松弛蛋白，可以通过打断细胞壁纤维素与半纤维素的非共价键，促使它们之间相互位移，从而使得细胞壁松弛。本项目在基因芯片解析月季花朵失水胁迫响应基因表达谱的基础上，通过Go Term Enrichment等分析，获得响应月季切花失水胁迫的不同EXPANSION家族成员，并从转录调节的层面探讨了EXPANSINs在响应失水胁迫调节月季花瓣细胞扩展中的分子机制，主要结论包括：.1）获得了月季切花不同EXPANSION蛋白基因RhEXPA4/5/6/7等成员，其在花瓣中响应失水具有不同的表达模式；RhEXPA4受失水胁迫明显诱导；在月季花朵1~6级的开放过程中，RhEXPA5/6/7这3个扩张素蛋白基因都有表达，其中RhEXPA7的表达与花瓣快速扩展密切关联；在2级花朵花瓣中RhEXPA7的表达被乙烯显著抑制。.2）RhEXPA4参与月季切花失水胁迫耐性。利用VIGS沉默RhEXPA4的月季花瓣中显著降低了花瓣鲜重和宽度的恢复速率及花瓣小圆片的恢复能力中，过表达RhEXPA4的拟南芥显著增强植株的耐旱性。RhEXPA4的启动子活性受干旱、盐胁迫以及ABA处理诱导。.3）RhEXPA4的过表达水平与转基因植株耐性和植株形态密切关联。RhEXPA4基因高表达量的拟南芥呈现出一个特殊的表型：茎秆缩短，叶片畸形卷曲，整个植株更加紧凑。转基因株系叶片气孔密度显著低于野生型，而气孔前驱细胞则明显多于野生型。.4）RhEXPA4是RhNAC2的直接下游基因。RhNAC2沉默的月季花瓣中RhEXPA4表达量降低，RhNAC2过表达拟南芥中RhEXPA4的同源基因AtEXPA1表达量升高。RhNAC2可以结合到RhEXPA4的启动子区域上。.5) RhEXPA7参与了乙烯信号的响应，并可以提高过表达拟南芥的胁迫耐性；RhEXPA7转基因种子萌发对ABA的敏感性明显降低，而对NaCl的胁迫耐性明显增加。.总之，在月季EXPANSION家族基因成员中，RhEXPA4和RhEXPA7基因是失水胁迫等条件下介导花朵逆境耐性和花朵正常开放的关键成员。