基于转录组学和蛋白组学的葡萄抗热性机理研究

Heat stress influences seriously grape growth and development. However, the previous study focused on sole vital process of grapevines at plant physiology and biochemistry level, and did not reveal deeply and comprehensively the theromotolerance mechanism of grapevine. The present study will be executed on young grapevines of 'Jingxiu' (heat susceptible) and 'Thompson seedless' (heat tolerant) of Vitis vinifera L. Firstly, the basal and acquired thermotolerance of grapevines will be investigated through directing heat stress and heat acclimation following heat stress respectively. Secondly, the differences on gene transcription and protein expression will be explored and elucidated between two treatments of the same cultivar or between two cultivars under the same treatment through transcriptomic(RNA-sequencing) profiling in combination with a proteomics (iTRAQ)analysis. The analysis of signaling, meatabolism,genes and transcript factors responsive to heat treatments will be paid more attention. The construction of regulation network and the identity of key genes and proteins for theromotolerance of grapevines will be also implemented. These results will deepen the understanding to the basal and acquried thermotolerance of grapevines, which can estiblish the base for defence strategies and techiniques to heat stress in grapevines.

高温胁迫严重地影响葡萄生长和发育，以前主要是在生理生化的水平上就某个生理过程研究葡萄对高温的响应，不足以深入揭示和整体理解葡萄抗热性机理。项目以欧亚种葡萄抗热性较差的'京秀'和抗热性较强的'无核白'盆栽幼苗为试材，进行不同方式的高温处理（直接的高温胁迫处理；先高温锻炼随后进行高温胁迫处理），首先从生理生化水平上明确抗热性不同的葡萄在基础性抗热性和获得性抗热性上的差异。然后利用转录组测序和同位素标记相对和绝对定量技术，结合生物信息学分析方法，重点从抗逆基因和蛋白、转录因子、代谢途径、信号转导途径方面，比较同一品种对不同处理过程以及不同品种对同一处理过程响应的基因转录和蛋白质表达差异，挖掘关键基因，寻找重要蛋白，构建葡萄抗热性的整体调控网络，从而更加深入地阐明葡萄基础性抗热性和获得性抗热性机理，为将来通过生理措施和育种手段提高葡萄抗热性提供理论依据。

高温胁迫严重地影响葡萄生长和发育，以前主要是在生理生化的水平上就某个生理过程研究葡萄对高温的响应，不足以深入揭示和整体理解葡萄抗热性机理。项目以抗热性较差的欧亚种葡萄‘京秀’、‘京香玉’和抗热性较强的刺葡萄‘塘尾’为试材，首先研究了葡萄光合作用对高温胁迫的响应规律，在此基础上，建立了新的葡萄抗热性评价方法—— 临界高温下叶绿素荧光参数法，无论测定指标的敏感性还是测定过程的方便性和快速性，此法都大大优于电导率法和氧电极法。应用此法，对葡萄的47份主要种质进行了评价，总的来说，野生种最强，欧美杂种居中、欧亚种最弱。欧亚种的大部分品种抗热性弱，但有个别品种抗热性强。利用一个正反交群体，研究葡萄抗热性，发现葡萄抗热性表现出数量性状特征，当抗热性强的葡萄作为母本时，遗传表现出加性效应，并有超亲遗传。这些结果表明，当我们进行抗热性葡萄育种时，应该以抗热性强的品种或种作为母本。对不同抗热性葡萄在同一高温胁迫下和同一品种不同高温胁迫下的响应进行了转录组学分析，揭示了可变剪切是葡萄对高温胁迫响应的重要转录后调节方式，不同品种抗热性的差异与其在高温下可变剪切事件发生的频率有关。蛋白组学分析表明，小热激蛋白、抗氧化酶、光合作用中光系统蛋白、热激转录因子（HSF）、MBF1c对葡萄抗热性有重要的作用。另外，呼吸作用中的糖酵解途径可能比三羧酸循环途径更抗热。这些发现为解析葡萄抗热性的机理提供了一些重要的线索。分析了葡萄的HSFs，共有19个成员，共分为三类。发现在高温胁迫下，除了VHSF01、VvHSF05、 VHSF15和VvHSF18，其它HSFs在抗热性不同的葡萄叶片表达模式相同。推测这4个转录因子可能是葡萄抗热性差异的重要原因。为将来通过生理措施和育种手段提高葡萄抗热性提供理论依据。