蒺藜苜蓿细胞周期基因的全基因组分析及其在盐分调控细胞分裂过程中的作用初探

盐分影响植物的生长发育，而植物的生长发育与细胞周期调控密切相关。研究盐分胁迫下植物细胞周期的调控机制可为全面、深入地认识植物耐盐机制提供新的研究途径。本立项以豆科模式植物蒺藜苜蓿为研究材料，采用生物信息学方法，在蒺藜苜蓿基因组范围内鉴定细胞周期调控基因，对其进行系统命名，同时对其编码的蛋白结构特征进行信息挖掘，在此基础上，考察蒺藜苜蓿耐盐品种和盐敏感品种中这些细胞周期调控基因表达对盐胁迫的响应规律和差异，进而获得响应盐胁迫的细胞周期调控基因。选择盐胁迫下调控蒺藜苜蓿细胞周期的关键细胞周期调控基因，对候选基因进行分离，采用分子生物学、细胞生物学、生物化学及遗传学等策略，探讨其在盐胁迫下调控细胞周期的作用机制。本立项的研究可为深入理解苜蓿的耐盐机理积累资料，并为利用基因工程的方法提高苜蓿在盐胁迫条件下的生长能力奠定理论基础。

盐分影响植物的生长发育，而植物的生长发育与细胞周期调控密切相关。尽管抗盐机理的研究已经成为人们关注的焦点，但是人们却忽略了盐分胁迫下植物细胞周期调控机制的研究。本项目以豆科模式植物蒺藜苜蓿为研究材料，采用生物信息学方法，在蒺藜苜蓿基因组范围内鉴定了89个细胞周期调控基因，包括细胞周期蛋白54个、细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶19个、Wee激酶1个、细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶抑制剂7个、成视网膜瘤蛋白2个和E2F转录因子6个。对这些基因进行了系统命名，同时对其编码的蛋白结构特征进行了深入信息挖掘，我们发现蒺藜苜蓿细胞周期调控因子与拟南芥和水稻相比，相对保守但可能拥有相对较慢的进化速率和相对较低的功能多样性。进一步考察了这些细胞周期调控基因的组织表达模式以及其表达对盐胁迫的响应，发现这些基因在不同组织中对盐胁迫的响应存在差异，并且在盐耐受生态型和盐敏感生态型中对盐胁迫的响应存在很大差异，暗示了这些基因可能参与盐分胁迫下的细胞周期调控。根据上述研究结果，选择Medtr;DEL1、Medtr;DPa和Medtr;E2Fb作为候选基因进行基因克隆并进行遗传转化，获得了拟南芥转基因植株，正在对盐分胁迫下调控细胞周期的功能进行分析。此外，对蒺藜苜蓿的光合生理指标与盐胁迫的关系进行了研究，阐明了光合作用效率指标（光合作用、蒸腾和水分利用效率）对盐分的响应特征。研究成果为利用基因工程的方法提高苜蓿在盐胁迫条件下的生长能力具有理论价值，为深入理解苜蓿的耐盐机理积累了资料。