巴西橡胶树乳管细胞产量相关基因转录调节研究

Natural rubber is processing latex which obtaining from cut the laticifer cell in bark of rubber tree trunk. Although the biosynthesis pathway of natural rubber were known,the regulation mechanism of natural rubber biosynthesis in laticifer cell was still unclear.We had found that jasmonic acid upregulated natural rubber biosynthesis. Recently,We proved that HblMYC3, one member of MYC family, is the transcription factor of key enzyme gene of natural rubber biosynthesis. Its expression was 25-folds in high yield clone than in those of low yield germplasm. These results suggest the transcriptional regulation of HblMYC3 is the key point in the regulation of natural rubber biosynthesis. By using Reken523 and low yield rubber clones, this study will focus on : 1) prove the transcriptional regulation of key enzymes by HblMYC3; 2)clone the promoter of HblMYC3. identification the transcription factor and protein binding on the promoter of HblMYC3, 3) analyze gene expression of transcription factor gene and binding protein of HblMYC3 promoter sunder tapping, ethylene and jasmonic acid treatment, 4) screening the polymorphism of promoters in different clones with different latex yield. This study provides the basis for the elucidation of regulation mechanism of natural rubber biosynthesis as well as development molecular marker relating to latex yield in assist in yield breeding program.

天然橡胶是通过切割橡胶树树干树皮中的乳管所得的胶乳加工而成。虽然,天然橡胶生物合成途径已经清楚，但对橡胶树乳管细胞中天然橡胶生物合成的调控机制仍不清楚。我们在发现茉莉酸上调天然橡胶生物合成的基础上，最近证明巴西橡胶树乳管细胞中的MYC家族成员HblMYC3是调控橡胶生物合成关键酶基因的转录因子，并发现该基因在高产品种中的表达量是低产种质的25倍。据此推测，该基因的转录调节可能是乳管细胞中天然橡胶生物合成调控机制的一个重要环节。本项目以橡胶树高产品种热垦523和低产种质为材料，证明HblMYC3调控下游天然橡胶生物合成关键酶的机制；克隆HblMYC3的启动子、鉴定其上游转录因子和结合蛋白，分析转录因子和蛋白基因在割胶、乙烯和茉莉酸刺激下的差异表达模式；分析启动子序列在不同产量橡胶树材料间的多态性，为进一步阐明乳管细胞天然橡胶生物合成调控机制和研发与产胶能力相关的分子标记辅助产量育种奠定基础。

天然橡胶生物合成产物胶乳是重要的工业原料，参与橡胶树自身防卫病虫害等生物胁迫和干旱等非生物胁迫响应。研究天然橡胶生物合成的分子机理具有重要的理论和实际意义。已有研究表明HbREF，HbSRPP，HbHRT和HbHMGR是天然橡胶生物合成途径关键酶，但对这些合成酶的转录调控研究还很少。本项目的前期研究结果也表明，在巴西橡胶树乳管细胞中，茉莉酸诱导HblMYC3表达，进而转录调控橡胶生物合成关键酶基因HbREF1表达，从而促进天然橡胶生物合成。本项目以研究HblMYC3的调控网络为对象，综合利用用酵母单杂、双杂、转基因和染色质免疫沉淀等技术分子生物学技术，提出以HblMYC3为核心的天然橡胶生物合成转录调控模型：1）HblMYC3除具有转录调控活性之外，还直接与天然橡胶生物合成关键酶HbHRT1互作；2）HblMYC3能与赤霉素信号途径DELLA蛋白HbRGL1和HbRGA1互作；3）HblMYC3受HbZnF1转录调控，参与橡胶树抗逆响应，但HbZnF1不与橡胶生物合成酶互作；4）HbMYB44既转录调控HblMYC3，又与天然橡胶生物合成酶HbSRPP1互作；5）过表达HblMYC3可显著提高转基因拟南芥抗旱性。6）HblMYC3的上游调控因子HbZnF1和HbMYB44和互作蛋白基因在割胶、乙烯、茉莉酸和不同刺激下差异表达，存在精细调控机制。此外，分析HblMYC3的转录因子和互作蛋白启动子序列在不同产量橡胶树材料间的多态性，为辅助育种设计分子标记，并研发新型排胶调节剂和割面恢复剂。总之，本研究深入的揭示了HblMYC3介导的天然橡胶合成的调控网络，为进一步阐明乳管细胞天然橡胶生物合成调控机制、为橡胶育种开发与产胶能力相关的分子标记，研发新型产量调节剂和保护剂奠定基础。