拟南芥ABA受体相互作用蛋白的鉴定和功能解析

As a key phytohormone, ABA plays an important role in seed dormancy, plant development and stress response. Recent breakthrough on identification and characterization of PYRs/RCARs as abscisic acid (ABA) receptors enables us to better understand the perception, signaling and transportation of ABA in plant. In this project, PYL interacting protein complex were purified and indentified through MudPIT approach using 3HA and YFP tags fused PYL transgenic lines under the drive of PYL native promoters. Direct or indirect interactions of candidate proteins with ABA signaling pathway components will be further verified by yeast-two-hybrid or Co-IP. Functions of candidate genes will be explored through drought and ABA tolerance tests using over-expression and mutation lines. Downstream targets of these candidate genes will be identified after transcriptome and proteome analyses. Protoplast assay will provide further evidence for the functions of candidate genes in ABA signaling transduction pathway. Characterization of enzyme activities of PP2C and SnRK2 in over-expression and mutation lines of candidate genes will help us understand how candidate genes affect ABA signaling transduction pathway. Based on above results, gene homologs from agricultural plants will be cloned and functionally analyzed in order to increase stress tolerance through transgenic approach. In summary, this project will identify new components involved in ABA signaling transduction pathway and provide new approach to increase stress tolerance of agricultural plants.

ABA是植物抗旱信号传递中重要的信号分子，ABA受体（PYR/PYL）的发现是解析该信号通路的重要突破。由于ABA信号传导途径的复杂性，一些作用因子可能协同调控相关通路。前期工作中，项目申请人构建了ProPYL:PYL-3HA-YFP转基因植株，利用pull-down和液质联用技术鉴定了与PYL直接或间接相互作用的蛋白。在此基础上，本研究首先验证候选蛋白与PYL之间的互作及其组织和亚细胞定位。同时研究候选基因的过表达和突变体植株对ABA处理和干旱胁迫的抗性，及对下游基因和蛋白水平的影响。通过原生质体转化及酶活测定实验，了解候选蛋白在协同参与ABA信号传导中的功能。利用基因工程的方法来筛选不同抗性基因的转基因组合，以提高植物对干旱胁迫的抗性。通过本项目的研究，鉴定出ABA信号通路协同作用因子，可以加深对ABA诱导植物抗性的认识，也为生产上应用植物的抗性提供新的途径。

作为一种重要的植物激素，ABA参与植物生长发育调控以及外界环境胁迫应答等多个方面。2009年ABA受体PYR/PYL被发现以来，关于PYR/PYL是如何受内源基因以及外界环境调控的研究一直是个热点。本项目解析了PYR/PYL基因家族在抗旱应答中的功能，同时通过互作蛋白的筛选，挖掘了部分通过ABA途径调控植物抗性的基因。研究结果表明，胁迫诱导型启动子pRD29A驱动的PYL9过表达植株具有极强的抗旱性，能有效提高水稻和拟南芥在干旱条件下的存活率。进一步的研究表明，ABA受体PYL9和下游复合体PP2C/SnRK2共同传递ABA诱导的衰老信号，通过ABFs和RAV1转录因子诱导衰老相关基因的表达，最终导致老叶衰老。同时发现内源NO含量的升高可以调控大量基因的表达，包括激活ABA受体(AtPYL4和AtPYL5)的表达；而AtPYL4和AtPYL5的过表达植株可以通过调节活性氧代谢和渗透调节物质的积累而增强抗旱性。利用蛋白质互作技术和生物信息学分析方法，我们发现了MLP43、LTI30、ZAT18、PED2和ADH1等抗逆基因通过调控ABA途径并增强了植物抗旱性。其中MLP43作为一个正调控因子，通过与SnRK2.6以及ABF1的互作，增强植物的抗旱性。LTI30受到ABA处理和干旱的诱导表达，LTI30影响到CAT的活性和活性氧的积累，可以增强植物的抗旱性。ZAT18是一种C2H2型锌指蛋白，调控ABA受体PYL5以及与ABA及胁迫应答相关的COR7、ERD7和RAS基因的表达，增强植物抗旱性。另外还阐述了ZAT6、RDM4以及HAP5A等基因，通过ABA-independent途径参与植物低温应答的机制。相关研究丰富了对ABA调控通路的理解，为创制抗旱和抗寒性强的植物材料提供了原始的基因资源，有利于新种质的创制和推广应用。