多巴胺提高苹果抗旱性的作用机制研究

The Loess Plateau in Northwestern China is the largest region for apple production, while drought is the main factor limiting apple industry development for this area. Our previous study found that dopamine can enhance apple salt tolerance, however, the effect of dopamine on apple drought resistance has not yet been reported. The previous results of this project indicated that exogenous dopamine treatment can improve the drought resistance of apple and the expression of dopamine synthase gene MdTYDC was significantly upregulated under drought condition. But its regulatory mechanism is unclear. In this project, we will try to unravel the regulatory mechanism of exogenous dopamine on improving drought tolerance and also the apple endogenous dopamine biosynthesis under drought condition by analyzing related physiological and biochemical parameters on apple seedlings and dopamine synthase gene MdTYDC overexpressing plants, respectively. The function of dopamine in regulating apple drought resistance will be clarified by analyzing the transgenic apple plants overexpressing MdTYDC. The molecular mechanism of dopamine regulation on drought resistance and related regulation network will be analyzed by performing RNA-Seq on MdTYDC overexpressing apple plants which are treated with dopamine before drought treatment. The results gained from this study will enrich the theory of drought tolerance of apple and provide excellent gene resources for apple stress resistance breeding in transgenic way. The outcome of this project will benefit apple industry in arid areas in aspects of theory and potential applications.

西北黄土高原是我国苹果的最大产区，而干旱缺水是限制该地区苹果产业发展的主要因子。多巴胺是儿茶酚胺的一种，在植物体内具有许多重要的生理功能。申请者研究发现，多巴胺可以调控苹果的耐盐性，但关于多巴胺对苹果抗旱调控的研究尚未见报道。项目组前期研究表明，多巴胺处理能显著提高苹果的抗旱能力，且多巴胺合成酶基因MdTYDC表达量在干旱下显著上调，但其作用机理尚不清楚。本项目拟以栽培品种盆栽苗和MdTYDC过表达苹果株系为试材，利用生理生化技术初步探明多巴胺调控苹果抗旱的作用机理及干旱下苹果内源多巴胺合成代谢的规律；通过对MdTYDC过表达植株的鉴定，明确多巴胺合成调控苹果抗旱性的功能；通过转录组测序分析，初步解析多巴胺调控苹果抗旱的作用机制及其参与的调控网络。研究结果将丰富苹果抗逆调控理论并为苹果抗旱调控技术和遗传改良提供理论依据，对旱区苹果产业的发展具有重要的理论意义和潜在的应用价值。

西北黄土高原是我国苹果的最大产区，而干旱缺水是限制该地区苹果产业发展的主要因子。多巴胺是儿茶酚胺的一种，在植物体内具有许多重要的生理功能。前期研究发现，多巴胺与植物的逆境相关，但其作用机理尚不清楚。本项目以‘长富-2’和多巴胺合成酶基因MdTYDC过表达‘嘎啦-3’苹果植株为试材，利用生理生化技术初步探明了多巴胺调控苹果抗旱的作用机理。在干旱胁迫下，外源多巴胺抑制光合色素的降解从而提高苹果的净光合速率。多巴胺还可能通过直接清除和调控抗氧化酶的活性来降低H2O2含量。外源多巴胺预处理的苹果植株中的蔗糖和苹果酸含量较高，但叶片中的淀粉积累较低。通过对MdTYDC过表达植株的鉴定，明确了多巴胺合成调控苹果抗旱性的功能；通过转录组测序分析，深入解析了多巴胺调控苹果抗旱的作用机制及其参与的逆境调控网络。MdTYDC的过表达减少了干旱胁迫下苹果叶片电解质的外渗，增强叶片的保水能力。同时，过表达MdTYDC提高了苹果叶片干旱下的光合色素含量和净光合速率。通过增加抗坏血酸/脱氢抗坏血酸和谷胱甘肽/脱氢抗坏血酸的比率，还提高了还原能力。转录组分析进一步揭示，MdTYDC的过表达抑制了干旱胁迫下苹果植物中的ABA信号传导途径。因此，多巴胺主要通过保持较高的光合作用能力，积累更多的还原氧化还原态和抑制ABA信号传导途径来提高苹果的抗旱性。研究结果将丰富苹果抗逆调控理论并为苹果抗逆遗传改良提供优良的基因资源，对旱区苹果产业的发展具有重要的理论意义和潜在的应用价值。