质膜水通道蛋白基因MpPIP2;1在苹果植株响应干旱胁迫中的功能研究

Drought is the main limit factor to apple industry development in the Northwest of China. The plasma membrane intrinsic protein (PIP) is classic water channel protein involved in transmembrane water transport, which play an important role in plant drought stress response. We have isolated full length cDNA of MpPIP2;1, dectected its expression in leaf and root and determined that expression increases during drought stress. In this study, we plan to analyze the expression level of MpPIP2;1 in different tissues of drought-resistant apple rootstock seedlings across both normal and drought stress conditions. Furthermore, we aim to analyze the impact of MpPIP2;1 when over-expressed or silenced MpPIP2;1 in transgenic apple seedling lines. This work will be necessary for better understanding the function of MpPIP2;1 and the mechanism for drought resistance in apple seedlings. It would be provide further guidance in applying gene modification techniques to enhance the capacity of drought resistance of apple breeding.

干旱缺水是我国西北旱区苹果产业发展的首要限制因子。质膜水通道蛋白（PIP）是典型的高水分选择性通道蛋白，在植物响应干旱胁迫中起重要作用。我们前期克隆获得苹果MpPIP2;1基因全长cDNA，并在苹果叶片和根中检测到MpPIP2;1表达，且在干旱胁迫下其表达量显著提高。本项目拟通过实时定量PCR技术明确MpPIP2;1在苹果各个组织器官间的表达差异；正常及干旱胁迫下，在抗旱性不同的苹果品种根、茎、叶间的表达差异。并通过获得过表达和沉默MpPIP2;1的转基因苹果再生苗，进一步分析MpPIP2;1在苹果植株响应干旱胁迫中的功能。本项目的完成对于理解MpPIP2;1基因功能，及苹果植株抵御干旱胁迫机制等具有重要意义，也为将来通过基因改良提高苹果植株抵御干旱胁迫能力提供科学依据。

干旱缺水是我国西北旱区苹果产业发展的首要限制因子。质膜水通道蛋白（PIP）是典型的高水分选择性通道蛋白，在植物响应干旱胁迫中起重要作用。在对苹果水通道蛋白基因家族的分析后，我们依据基因组上的相对位置将前期所克隆的MpPIP2;1命名为PIP2-2。本项目以苹果幼苗为实验材料，检测到苹果PIP2-2基因在叶片和根中都有表达，在叶中，其表达量自顶部至基部依次下降，顶叶表达量最高；在根中表达量高于所有叶片，并且是根中表达量最高的PIP2亚家族成员。检测聚乙二醇(PEG)模拟干旱处理20天苹果幼苗，该基因表达量下降，而这种下降可通过施硅肥得以缓解。本项目以PEG模拟干旱，以氯化钠（NaCl）模拟盐胁迫处理水培苹果幼苗，24小时后利用压力室法分析幼苗体内水分传导可见，随着渗透胁迫的产生，苹果幼苗根系导水率显著下降。对苹果幼苗材料平邑甜茶采用PEG模拟干旱，同时引入可以提高植物抗胁迫能力的矿质元素硅。设置4组材料（对照相，干旱无施硅处理组，施硅干旱处理组及施硅无干旱处理组），处理持续30天，此时，干旱组植株严重受损，几乎无正常叶片，而施硅能显著缓解这种伤害。我们分析了不同处理下苹果幼苗的硅含量，植株生物量，过氧化氢积累，丙二醛积累，抗氧化系统响应等逆境相关指标；苹果PIP2-2基因和硅转运蛋白Lsi1基因的表达情况；以及植物细胞超微结构的变化。结果表明外施硅可提高苹果幼苗体内硅的含量；进而改善细胞结构，降低活性氧的产生，增强幼苗抗氧化能力，维持幼苗水分含量及相关基因的正常表达；从而提高苹果幼苗抵御PEG模拟干旱的能力。我们利用含有过表达载体pCAMBIA2300-GFP-PIP2-2的EHA105菌株转化拟南芥，通过PCR鉴定明确获得10株转基因阳性植株。本项目的进行对于理解苹果PIP基因功能，及苹果植株抵御干旱胁迫机制等具有重要意义，也为将来通过基因改良提高苹果植株抵御干旱胁迫能力提供科学依据。