梅花NF-YA转录因子参与干旱胁迫应答的分子机制研究

NF-YA transcription factors play important roles in the drought stress. Based on the gene expression patterns analysis of NF-YAs under drought stress in Prunus mume, we will screen NF-YAs related with the drought responsive paths, elucidate their functions on the drought stress by spatial and temporal expression and genetic transformation. At the same time, we will construct yeast-two-hybrd cDNA libraries of P. mume treated with the drought stress to select proteins interacting with NF-YAs and protein interactions will be verified using bimolecular fluorescent complementation (BiFC). In addition, we will use CHIP-seq method to explore the target genes regulated of NF-YAs, and reveal the regulation net of signal transduction in the drought responsive paths. The enforcement of the project will explore the molecular mechanism of drought tolerance in P. mume, add new evidences for the molecular mechanisms of abiotic stresses of woody plants, meanwhile, can produce the genetic transformative plants with higher adaptability of drought resistance by expression regulation of key genes in drought signaling transduction. So it can enrich the germplasm resource of P. mume.

NF-YA类转录因子在植物干旱胁迫中起着十分重要的调控作用。本项目拟从NF-YA类转录因子在梅花干旱胁迫下表达模式入手，筛选出应答干旱胁迫的NF-YA类转录因子，通过时空表达分析及转基因研究，阐明其在梅花干旱胁迫中的基本功能；同时通过构建梅花干旱胁迫酵母双杂交cDNA 文库，钓取与 NF-YA转录因子存在相互作用的蛋白，并通过双分子荧光互补实验（BiFC）进行验证；此外，利用ChIP-seq分析，发掘其调控的靶基因，揭示其在响应干旱胁迫途径中的调控网络。项目的实施将从理论上对梅花抗旱的分子机理展开系统的探讨，为木本植物逆境胁迫的分子机制增添新的证据，同时通过对干旱胁迫信号传导网络中关键基因的表达调控，可望获得抗旱能力提高的转化植株，丰富梅花的种质资源。

NF-Y转录因子，在植物的发育过程和逆境胁迫响应中起着重要调控作用。它由NF-YA、NF-YB和NF-YC三个亚家族组成。越来越多的报道表明NF-YA转录因子在植物逆境胁迫中起重要调节作用。本项目通过生物信息学方法从梅花基因组中鉴别出6个NF-YA基因，利用Real-time PCR检测其在ABA、渗透、高盐和ROS胁迫下的表达模式，在ABA和渗透处理下，PmNF-YA1/2/4/5/6基因显著上调表达。在ROS胁迫下，PmNF-YA1/2/3/4/5/6基因的表达量显著上升，在高盐处理下，只有PmNF-YA2基因被诱导表达。结果表明梅花PmNF-YA基因能响应非生物逆境胁迫。根据PmNF-YA基因在非生物逆境胁迫下的表达模式分析结果，选取3个表达水平显著提高的PmNF-YA基因（PmNF-YA1、PmNF-YA2和PmNF-YA6），进行基因克隆和超量表达载体构建，并转化拟南芥和梅花，验证其功能。另一方面，本项目对干旱胁迫下不同时间的梅花进行了转录组测序，获得梅花响应干旱胁迫的表达谱，通过对表达谱分析，鉴定出10042个差异表达基因，通过比较差异基因的表达量以及GO分析和KEGG分析，筛选出一系列参与干旱胁迫响应的转录因子家族，包括MYB，Zinc finger protein， AP2/ERF，NAC，bHLH，bZIP，WRKY，AP2/DREB等。其中数量最多的是MYB家族，共有112个基因响应干旱胁迫。而且MYB、AP2/ERF、WRKY、bZIP、bHLH等转录因子，随着干旱胁迫时间的延长数量逐渐增多，在处理12h时，响应的数量最多，且上调表达的数量最多。本项目从理论上对梅花抗旱的分子机理展开系统的研究，为后期通过基因工程改良植物抗旱奠定了分子基础，有望获得抗旱能力提高的转化植株，丰富梅花的种质资源。