拟南芥ADRM3和ADRM7参与调控ABA信号转导和干旱胁迫应答的分子机制

Water stress is one of the most important environmental factors that restricts the development of global agriculture. The plant hormone-abscisic acid (ABA) plays essential roles in the regulation of plant responses to drought stress. In the previous results of this project, two Arabidopsis ABA-insensitive mutant adrm3 and adrm7, which showed decreased drought stress tolerance, have been preliminarily analyzed. The bioinformatic analysis indicated that ADRM genes might be pariticipated in the regulation of in-vivo lipid metabolism. This project will focus on discovering the roles of ADRM genes in mediating drought stress response and ABA signaling transduction through comparing the stress tolerance of adrm mutant, ADRM overexpressed plants and complementary plants. The physiological changements, tissue-specific expression patterns, as well as sub-cellular localization of ADRM genes will be further determined. By using the transient expression assay and coupled with transcriptome and metabolome analysis, the mechanisms of ADRM genes in mediating the crosstalk among ABA signaling transduction, drought stress responses and secondary metabolish will be uncovered. Moreover, further analysis on the double mutant adrm3adrm7 will provide more evidences to understand the genetic relationship between ADRM3 and ADRM7. In summary, all the results of this project will enrich our knowledge on the novel functions of ADRM3 and ADRM7, which will enhance our understanding of ABA signaling pathway and the molecular mechanism of crop resistance to abiotic stresses.

干旱已成为制约全球农业发展的最主要的环境因素之一。植物激素脱落酸(ABA)是植物抗旱信号传递中重要的信号分子。项目申请人在前期工作中发现拟南芥突变体adrm3和adrm7具有ABA不敏感表型，对干旱胁迫的耐受性也明显降低。生物信息学分析表明ADRM基因可能参与了内源脂类代谢的调控。本项目通过对ADRM3和ADRM7突变体植株、过表达植株以及功能互补植株抗旱反应以及ABA应答的分析，进一步明确该基因在植物抗性产生中的作用。通过测定相关植株的生理生化指标以及组织表达特异性以及亚细胞定位分析，揭示ADRM基因的功能。利用原生质体转化技术以及转录组和代谢组学研究，探讨ADRM参与ABA信号转导和干旱胁迫应答以及植物次生代谢之间的网络调控体系。通过对adrm3adrm7双突变体的分析，研究二者之间的遗传关系，为进一步丰富ABA信号转导通路和增强对植物抗逆境胁迫的分子机制的了解提供理论基础。

植物激素脱落酸(ABA)是调控植物应答干旱胁迫的重要的信号分子，因此探究和挖掘ABA信号通路中新的调控因子并进一步研究它在干旱胁迫中的作用具有重要的理论和实际意义。本项目通过对拟南芥ABA不敏感突变体的筛选发现了两个突变体adrm3和adrm7具有ABA不敏感表型，分别编码MLP43和MLP-300B。突变体mlp43和mlp-300b对干旱胁迫的耐受性显著降低。生物信息学分析表明MLP43属于Bet v 1家族，具有和ABA受体PYL/PYR相似的蛋白结构，而且MLP43能够和ABA信号通路中的关键信号分子SnRK2.6和ABF1相互作用。通过生理生化实验，揭示了MLP43和MLP-300B基因的组织表达特异性以及亚细胞定位。利用原生质体转化技术和代谢组学研究，探讨了MLP43和MLP-300B参与ABA信号转导和干旱胁迫应答以及植物初生代谢之间的网络调控体系。另外，除了参与干旱胁迫应答之外，MLP-300B超表达转基因植株对盐胁迫的耐受性显著提高。RNA-seq高通量测序表明MLP-300B超表达转基因植株在ABA处理之后和野生型相比大部分ABA信号通路中的调控因子其改变倍数明显升高，此结果表明MLP-300B可能在介导ABA信号转导过程中具有正调控作用。除此之外，mlp-300b突变体的开花时间较野生型相比具有明显的早花表型。相关研究结果为进一步丰富ABA信号转导通路和加深对植物抗逆境胁迫的分子机制的了解提供了理论基础。