巴西橡胶树HbREF3在橡胶生物合成中的作用机制研究

The rubber synthesis is a primary factor that dertermine the yield and quality of the natural rubber. The rubber particle is a special organelle in which natural rubber is synthesized in the laticifers of Hevea brasiliensis (rubber tree). Rubber elongation factor (REF) is a highest abundant protein in the rubber particle. REF family proteins might play an important role in rubber synthesis by interacting with other rubber particle proteins such as cis-prenyltransferase and small rubber particle protein. However, the specific functions of REF family proteins still remain unknown in rubber synthesis. The relationships among REF family members are not yet well characterized. In previous study, using in-depth proteomic analysis of the rubber particles we obtained multiple protein sequences of REF in rubber tree. The expression profile of HbREF3 was closely associated with latex production of rubber tree and was different between the small and the large rubber particles of rubber tree. In this project, REF interacting proteins will be screen and identify by mating-based split-ubiquitin system, Co-Immunoprecipitation and bimolecular fluorescence complementation. Using in vitro system of rubber synthesis, the relationships among REF and its interacting protein and rubber biosynthesis will be identify. The biology function of REF will be further study by Taraxacum brevicorniculatum genetic transformation system. In addition, the mechanism of HbREF3 involved in rubber biosynthesis will be analyze emphatically. These results will contribute to not only reveal the function of HbREF3 and elucidate the molecular mechanism of rubber synthesis, but also provide the theoretical base for molecular breeding in rubber tree.

橡胶生物合成是影响巴西橡胶树胶乳产量和橡胶质量的首要因素。橡胶延伸因子（REF）是巴西橡胶树乳管橡胶生物合成主要场所-橡胶粒子中丰度最高的一类蛋白。REF家族蛋白可能与其他橡胶粒子蛋白通过蛋白间相互作用，在橡胶生物合成中发挥重要作用。然而橡胶粒子REF家族蛋白在橡胶生物合成中的具体功能以及REF家族不同成员之间的功能相关性尚不明确。我们前期通过橡胶粒子蛋白质组学分析研究获得多个REF家族蛋白序列信息，其中HbREF3的基因表达与橡胶树产量相关，且在大小橡胶粒子中差异明显。本项目拟对HbREF3进行互作蛋白分析，利用橡胶生物合成体外实验等技术鉴定HbREF3及其互作蛋白与橡胶生物合成的关系，进一步利用短角蒲公英遗传转化体系分析HbREF3的生物学功能及其在橡胶生物合成中的作用机制。研究结果将有助于阐明HbREF3蛋白的功能及橡胶生物合成的分子机理，并为橡胶树分子选育种研究提供理论依据。

橡胶生物合成是影响巴西橡胶树胶乳产量和橡胶质量的首要因素。橡胶延伸因子（REF）是巴西橡胶树乳管橡胶生物合成主要场所-橡胶粒子中丰度最高的一类蛋白。REF家族蛋白可能与其他橡胶粒子蛋白通过蛋白间相互作用，在橡胶生物合成中发挥重要作用。然而橡胶粒子REF家族蛋白在橡胶生物合成中的具体功能以及REF家族不同成员之间的功能相关性尚不明确。项目前期通过橡胶粒子蛋白质组学分析研究获得多个REF家族蛋白序列信息，其中HbREF3的基因表达与橡胶树产量相关，且在大小橡胶粒子中差异明显。本项目通过酵母双杂交系统、mbSUS系统及COIP技术对HbREF3的互作蛋白进行了分析及验证，利用Western blot技术、荧光定量PCR技术、原生质体亚细胞定位技术及胶体金免疫电镜技术对HbREF3及其互作蛋白的表达进行了分析；以橡胶生物合成体外实验等技术鉴定它们与橡胶生物合成的关系，进一步利用短角蒲公英遗传转化体系分析HbREF3的生物学功能及其在橡胶生物合成中的作用机制。互作蛋白分析研究结果显示HbREF3与HbREF1、HbSRPP1及HbCPTL等重要橡胶粒子蛋白存在直接的相互作用，可能通过HbSRPP1间接与HbCPT8互作。表达分析及橡胶生物合成体外实验等结果显示HbREF3及HbSRPP1的表达与橡胶生物合成密切相关，但是并不直接参与，而是可能通过与HbCPT8、HbRPD等橡胶粒子蛋白互作间接参与橡胶生物合成。这些研究结果丰富了橡胶生物合成相关蛋白复合体研究成果，并有助于进一步阐明REF家族蛋白的功能及橡胶生物合成的分子机理，可为橡胶树育种研究提供关键理论依据。