辣椒低温响应水通道蛋白逆境中表达特征及功能分析

In order to determine the expression characteristic and function of the pepper low-temperature response gene CaAQP in stress, this study will construct over-expression and RNAi vocters, transform the pepper line P70 and obtain the transgenic plants about different vocters when obtained this gene's cDNA sequence, known the expression trend of this gene was dowm-regulated under chilling stress and the fusion protein can be induced expression in E. coli by Prokaryotic expression system. Base on these, the research will focus on: ① analyse the expression profile of CaAQP gene in different stress (chilling, drought, salt stress and infected by Phytophthora capsic), in further to understand the relationship between expression patterns and stress resistance; ② compare the differences about the over-expression and RNAi transgenic plants in different stress. Throught these research, the results would provide the scientific foundation for recognizing the mechanism of the aquaporins gene in stress tolerance. Also, they will provide a useful way and new material for stress tolerance breeding about pepper and other crops. In addition they will improve the theoretical research and application level of plant breeding.

为了确定辣椒低温响应液泡膜水通道蛋白基因CaAQP在逆境胁迫中的表达特征及功能，本项目拟在获得该基因全长cDNA序列，明确该基因在低温胁迫过程中呈下调表达趋势，原核表达能诱导该蛋白的基础上，构建该基因的超量表达载体及RNA干涉载体，同时转化辣椒品系P70，获得不同载体的辣椒转基因植株群体。在此基础上，重点研究以下内容：①分析不同逆境条件下（低温、干旱、高盐及疫霉菌侵染）辣椒水通道蛋白候选基因CaAQP的表达谱，明确其表达模式与抗逆性的关系；②比较超量及抑制表达该基因后转基因植株在诸逆境胁迫中的表现差异。通过以上研究，明确该基因在辣椒逆境胁迫中的表达特征及所起的作用，探讨该基因的作用机理，为辣椒及其他作物的抗逆育种提供新的基因资源和思路方法，具有重要的理论意义和巨大的潜在应用价值。

辣椒（Capsicum annuum L.）在亚热带和温带广泛栽培，是重要的风味蔬菜，然而辣椒在各地栽培中普遍受到各种生物和非生物逆境胁迫的危害而减产。在逆境胁迫中，大量水分流失，打破植物体内水分平衡是造成植物逆境伤害的重要因素之一。水通道蛋白（aquaporin，AQP）是细胞膜上选择性高效转运水分子的特异孔道蛋白，介导不同类型细胞的水分跨膜转运，对水分的运输及维持植物体内水分平衡起到非常重要的作用。高等植物的质膜及液泡膜上存在着大量的水通道蛋白，参与多种生理活动，特别是在植物逆境胁迫反应中，水通道蛋白起着重要的调控作用。为了确定前期获得的辣椒低温响应液泡膜水通道蛋白基因CaAQP在逆境胁迫中的表达特征及功能，本项目重点研究以下内容：①分析不同逆境条件下（低温、干旱、高盐及疫霉菌侵染）辣椒水通道蛋白候选基因CaAQP的表达谱，明确其表达模式与抗逆性的关系；②比较超量及抑制表达该基因后转基因植株在诸逆境胁迫中的表现差异。通过以上研究发现：.1. 辣椒水通道蛋白CaAQP有1个内含子，大小为1664 bp，内含子剪切方式是GT/AG，定位于液泡。该基因在花、果、种子中表达高于根、茎、叶。该基因受50 µM升汞、低温和100 µM氟啶酮下调表达，而受0.15 M NaCl、0.15 M甘露醇、5 mM水杨酸和100 µM脱落酸上调表达。病毒诱导该基因沉默后，植株表现矮化。.2. 超量表达CaAQP后，转基因烟草受连续低温胁迫后，恢复缓慢。转基因烟草气孔开张度明显大于非转基因烟草，大约86.3%的转基因烟草气孔宽长比处于 0.31 ± 0.047。非转基因烟草的光合速率在低夜温处理3 d后抑制率达到45.29%，转入恢复阶段，非转基因材料恢复光合能力很快，大概1 d后，其光合速率就达到或超过正常水平。转基因烟草在该处理后恢复较慢，胞间CO2浓度（Ci）高、光合速率较低。超量表达CaAQP后，增强了细胞的活力、增加了活性氧清除相关酶活性和基因表达、提高了转基因烟草对盐胁迫和甘露醇胁迫的抗性。.以上结果表明CaAQP基因在低温胁迫下可能起负调控作用，胁迫时通过降低该基因的表达而减少水分的流水，从而起到耐寒的作用。此结果将为为辣椒及其他作物的抗逆育种提供新的基因资源和思路方法，具有重要的理论意义和巨大的潜在应用价值。