唐古特白刺SOS信号通路在耐受高盐胁迫中的作用及其表观遗传分析

Soil salinity is a typical environmental stress factor that plant suffered, and the Salt Overly Sensitive (SOS) signaling pathway that comprises SOS1, SOS2, and SOS3 has been proposed to be a key pathway in response to salt stress. Nitraria tangotorum is a hylophyate plant with nice tolerant ability to high salt stress, and is also developed to be an ideal plant species for prevention of desertification and control of soil salinization. But, the role of SOS signaling pathway still has not been reported in hylophyate plant. Based on our previous results on physiological and proteomic researches to high salt stress in Nitraria tangotorum, we propose the present proposal to continuously study the expression pattern of key genes in SOS signaling pathway and their function in enhancing salt tolerance through transgenic over-expression strategy, elucidate the roles of SOS signaling pathway and its relative genes in Nitraria tangotorum responding to high salt stress, compared to that in non-hylophyate Arabidopsis; and to study and compare the variation of methylation sites in key genes of SOS signaling pathway in response to high salt stress in Nitraria tangotorum and Arabidopsis, to illuminate epigenetic charististics of SOS signaling pathway responding to salt stress. This proposal will contribute to understanding the hylophyate plant salt tolerant mechanism, and further utilize the hylophyate plant for improving the ecological environment.

土壤盐渍化是植物遭受到的一种典型的环境胁迫因子，而SOS信号通路是植物体内应答盐胁迫的关键途径。唐古特白刺是一种具有高耐盐性的盐生植物，也是用于荒漠化防治和盐化土壤治理开发的理想树种之一。但关于其SOS信号通路在应答高盐胁迫中的作用尚未见报道。本项目以唐古特白刺为实验材料，以非盐生植物拟南芥为对照材料，采用生理生化和分子生物学方法分析并比较SOS信号通路的关键基因SOS1,SOS2和SOS3在唐古特白刺植株高盐胁迫下的表达模式，通过遗传转化研究其对盐胁迫的敏感程度，明确SOS信号通路关键基因在唐古特白刺耐受高盐中的作用；并通过表观遗传学方法分析高盐胁迫对唐古特白刺SOS信号通路关键基因甲基化状态变化，初步了解唐古特白刺SOS信号通路应答高盐胁迫中的表观遗传特征。本项目研究将对进一步了解唐古特白刺耐盐机制、开发和利用盐生植物以改善生态环境具有重要意义。

土壤盐渍化是植物常面临的典型环境胁迫因子，而SOS信号通路是植物体内应答盐胁迫的关键途径。唐古特白刺是一种具有高耐盐性的盐生植物，也是用于荒漠化防治和盐化土壤治理开发的理想树种之一。但关于其SOS信号通路在应答高盐胁迫中的作用尚未见报道。项目以唐古特白刺为材料对其进行了全基因组survey测序和Denovo测序，组装了异源四倍体唐古特白刺基因组，基因组大小935.3Mb，获得了染色体级别的参考基因序列，为唐古特白刺耐盐机理的挖掘奠定了基础。.基于该参考序列分析并成功克隆获得了唐古特白刺SOS信号通路关键的TnSOS1，TnSOS2，TnSOS3基因及其启动子序列，并对他们进行了生物信息学、亚细胞定位及盐胁迫下基因的表达量等功能分析研究。此外还克隆获得了SOS2的同源基因NtCIPK11、SOS3同源的基因NtCBL1-1并也对它们的生物信息学特征及表达模式等进行了分析。分别以拟南芥为受体材料开展遗传转化，研究发现这些基因的过量表达能显著提高植物的耐盐性。.以模式物种拟南芥为对照，探究了在高盐胁迫下SOS信号通路基因的功能及其在盐胁迫下表观遗传修饰变化。对唐古特白刺和拟南芥进行盐胁迫处理，利用亚硫酸氢盐处理的方法进行了盐胁迫处理下启动子和基因区的甲基化修饰变化，发现盐胁迫前后拟南芥和唐古特白刺SOS信号通路基因在盐胁迫前后存在甲基化差异，表明甲基化修饰参与了SOS信号通路调控植物耐盐过程。.在项目执行过程中，还建立了唐古特白刺的组织培养体系和基因瞬时表达体系，稳定遗传转化体系正在构建中，这些为功能基因的研究提供了平台。上述研究成果已发表论文9篇(其中SCI收录论文6篇），申请发明专利4项（授权2项），培养研究生5名。.综上所述，项目组以SOS基因为切入点，系统研究了唐古特白刺耐盐的生理、分子和表观调控机制，全面完成了项目任务目标，为林木耐盐分子育种奠定了基础。