AP2/ERF家族基因IbRAP2.4参与调控甘薯根系分化的机制研究

Sweetpotato [Ipomoea batatas (L.) Lam.] is an important food, industrial material and bio-energy resource crop. As storage root is a major factor in sweetpotato yield components, the research of storage root formation is very meaningful for increasing yield of sweetpotato. In previous study, an AP2/ERF family gene, IbRAP2.4, was isolated from sweetpotato. The expression level of IbRAP2.4 was much more higher not only in storage roots and pencil roots, but in cultivar which has more number of storage roots. Additionally, the expression of IbRAP2.4 could be induced by ethylene and auxin. By overexpressing IbRAP2.4 in Arabidopsis, the transgenic palnts showed bigger size rossete and leaves, and the root system was much more stronger than wild type. Therefore, by genetic transformation, transcriptome sequcencing, GFP fluorescent and hybridization in situ next step, we try to clarify the function and molecular mechanism of IbRAP2.4 in root initiation and development .

甘薯[Ipomoea batatas (L.) Lam.]是重要的粮食作物、工业原料和生物能源作物，其块根是甘薯产量构成的主要因素，因此研究块根的形成对提高甘薯产量具有重要意义。本项目前期从甘薯转录组数据中分离获得一个ERF家族基因IbRAP2.4，定量分析研究表明IbRAP2.4不仅在甘薯块根中富集表达，而且在甘薯块根数量多的品种中表达量较高，此外还受生长素及乙烯的诱导表达。拟南芥过表达IbRAP2.4转基因植株的叶片和座叶直径显著大于对照，同时根系更为发达。本项目拟通过转基因在甘薯中过量表达IbRAP2.4以分析和明确该基因在甘薯根系分化中的功能；通过转录组测序挖掘该基因的下游调控基因，以阐述其调控甘薯根系分化的分子机制；通过荧光分子标记以及原位杂交分析该基因调控甘薯根系分化的细胞学机制，最终揭示IbRAP2.4在甘薯根系分化中的调控机制。

甘薯是重要的粮食作物、工业原料和生物能源作物，其块根是甘薯产量构成主要因素，因此研究块根的形成对提高甘薯产量具有重要意义。本项目前期在甘薯转录组数据中分离获得一个AP2/ERF家族基因IbRAP2.4，定量分析研究表明IbRAP2.4主要在甘薯块根中富集表达，并且在甘薯块根数量多的品种中表达量高，但此类基因在甘薯中是否与根系发育相关还不清楚。本研究通过同源进化树分析发现IbRAP2.4与葡萄(Vitis vinifera)，大豆(Vitis vinifera)，咖啡树（Coffea arabica）的同缘关系更近；通过外源表达，发现IbRAP2.4是一个核蛋白并在酵母中具有转录活性。为了了解该基因在甘薯响应胁迫中的功能，本研究分析了不同逆境处理下，苏薯16在苗期IbRAP2.4基因表达量的变化。RT-qPCR的结果表明，在盐、旱、乙烯处理和IAA等处理条件下甘薯中的 IbRAP2.4会被诱导表达。通过构建拟南芥异源过表达转基因株系，发现在拟南芥中过表达IbRAP2.4可以影响其莲座叶的大小，并促进侧根形成同时提高拟南芥的耐旱性。进一步通过电泳迁移率变动分析（EMSA）和荧光素酶瞬时表达分析发现IbRAP2.4能够在体外特异结合并激活DRE 和GCC-box元件。为了确定IbRAP2.4在甘薯中的作用，本研究获得了该基因在甘薯过表达的转基因株系。过表达IbRAP2.4导致木质素生物合成途径相关基因被激活，从而抑制了块根的形成。通过以上研究，初步揭示了IbRAP2.4在甘薯根系分化中的调控机制，完善甘薯根系发育的理论基础，为甘薯遗传改良以及高产育种奠定基础。