玉米质膜内在蛋白（ZmPIPs）的鉴定及其响应干旱胁迫的功能研究

Maize (Zea mays L.) as an important food, feed and industrial crop, is a major crop in the nation’s agriculture production. Drought has been the severe environmental stress affecting maize production, developing maize with drought resistance continues to be an important objective of increasing maize production. Plasma membrane Intrinsic Proteins (PIPs) as the main water transport pathway across plasma membranes in root and leaf tissues that proves vital in plant water relations. However, research on ZmPIPs involved in abiotic stress in maize haven’t been reported yet. In the study, bioinformatics and expression analysis will be carried out to determine the drought induced ZmPIP. Sub-cellular location and water channel activity assay of ZmPIP will be identified. Transgenic maize with overexpression, underexpression, and expression of the endogenous promoter plus reporter transformation constructs will be produced. According to biological phenotype of transgenic materials in response to drought stress, the function of interested ZmPIP will be analyzed. The study may set a foundation for the underlying mechanism of ZmPIP gene on maize drought resistance, and to provide useful gene resources for maize breeding project seeking to improve drought resistance.

玉米作为我国重要的粮饲经作物，对保障我国粮食安全起关键作用。干旱胁迫是限制玉米生产的重要环境因素，增强玉米植株的抗旱能力对提高玉米产量具有重大意义。质膜内在蛋白（Plasma membrane Intrinsic Proteins, PIPs）在植物细胞质膜上起着重要功能，主导植物根和叶片组织的水分运输，在维持植物体内水势平衡的过程中至关重要, 但玉米中ZmPIPs参与非生物胁迫的研究至今仍未见报道。本项目拟对玉米ZmPIP基因进行生物信息学和表达分析，筛选响应水分胁迫的ZmPIP基因，并鉴定ZmPIP的亚细胞定位特性和水通道活性。通过培育超表达、抑制表达和内源启动子融合报告基因的转基因玉米株系，分析转基因材料在干旱胁迫条件下的抗旱生理表型，确定目的ZmPIP基因在玉米抗旱中的功能。本研究结果可为解析ZmPIP基因响应水分胁迫的作用机理打下基础，并可为培育抗旱玉米新品种提供优异的基因资源。

玉米作为一种粮食、饲料和工业作物，是世界农业生产的主要作物。干旱和盐胁迫影响玉米产量的严重环境胁迫，因此发展抗旱耐盐玉米是提高玉米产量的重要目标。虽然在玉米的ZmPIP基因已经被鉴定，但是关于涉及到非生物胁迫耐受的ZmPIP基因的功能却知之甚少。在我们的研究中，PEG和NaCl处理可诱导ZmPIP1;1和ZmPIP2;6在根和叶中的表达。亚细胞定位发现ZmPIP1;1定位于玉米原生质体的质膜和内质网，ZmPIP2;6定位于细胞质膜。在拟南芥和玉米中超表达ZmPIP1;1，与野生型相比，超表达转基因植株显示出更强的干旱和盐胁迫耐受性。在ZmPIP1;1超表达的拟南芥或玉米植株中，许多参与细胞渗透保护或ABA生物合成和信号通路的胁迫响应基因的表达发生了改变。检测发现相比野生型，ZmPIP1;1超表达植株活性氧清除酶活性更高，胁迫诱导的活性氧含量更低，并且脯氨酸含量更高。ZmPIP1;1在玉米中的超表达显示出光合作用增强且玉米籽粒增大。综上所述，我们推测ZmPIP1;1参与干旱和盐胁迫耐性和光合作用，可能在植物生理过程中发挥多种功能，为培育抗旱玉米新品种提供有价值的基因资源。