一个新抗旱基因SlUSP1的功能和作用机理研究

揭示植物抗旱机制创造耐旱新种质具有重要理论意义和应用价值。本课题组前期筛选到2个番茄抗旱渐渗系(IL)，通过芯片差异杂交技术，获得了一些与番茄耐旱相关的候选基因，通过初步的转基因验证，从13个候选基因中鉴定出1个有显著抗旱功能的转录因子，其包含一个USP结构域。目前在植物中有功能的USP转录因子还未见报道，序列同源比对发现，该基因与目前数据库中核苷酸序列同源性最高仅为58%，确是一个新基因，我们将其命名为SlUSP1。本项目拟用抗旱的转SlUSP1基因植株为材料，从表型、细胞学、生理生化和分子水平展开研究，分析诱导该基因表达的信号因子，解析转基因后导致的代谢物或酶类及相关基因的变化。进而利用基因芯片技术，从系统生物学的角度，探索转SlUSP1基因后植株中相关代谢途径及信号传导因子的变化，从而阐明SlUSP1基因在番茄抗旱中的功能和作用机理。

本项目已按计划完成或部分超额完成预期目标。鉴定的SpUSP基因已申请国家专利保护，并在J. Exp. Bot，GENE等杂志上发表。整合有该研究工作的内容，已获得教育部科技进步二等奖和华耐园艺科技奖。本项目以转SpUSP基因植株为材料，从表型、细胞学、生理生化和分子水平展开研究，解析其抗旱的分子机理。研究表明在干旱的条件下，超量表达SpUSP基因的番茄植株抗旱性显著增强，转基因植株脯氨酸，可溶性糖，叶绿素含量增加，植株干重也显著增加。GUS染色的结果表明，SpUSP主要集中在表皮毛和气孔，花药和柱头也有表达，根中不表达，其结果与荧光定量PCR一致。SpUSP受干旱，ABA，JA，SA的诱导效应明显。干旱后，超量表达SpUSP基因的植株的ABA含量显著高于对照，转基因植株失水率明显降低,叶片气孔的开度变小，蒸腾作用减弱。进一步我们利用酵母双杂交技术发现，Annexin与SpUSP蛋白存在互作，用BIFC的方法我们也证明了这种互作关系。最后我们利用基因芯片杂交的技术，分析了干旱后转基因植株的基因表达变化，发现很多与光响应和光捕获蛋白的基因（LHCB）高度表达。综合上述结果推断SpUSP抗旱的分子机理为：在干旱条件下，SpUSP与Annexin蛋白复合体，调节使ABA含量增加，LHCB可以增强气孔对于ABA的敏感性，从而导致气孔关闭，蒸腾速率降低，从而导致水份蒸发减少，植株表现出更加抗旱。