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GbGELP113基因参与水杨酸信号通路响应棉花盐胁迫机制研究

批准号:
32101680
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵海燕
依托单位:
学科分类:
作物逆境生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵海燕

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
GDSL脂肪酶(GELP)是一类水解酶,广泛参与植物逆境胁迫等生理活动。前期2份海岛棉材料的盐胁迫转录组及蛋白组研究表明,GELP基因家族的多个成员不仅参与盐胁迫过程,还参与响应水杨酸(SA)生物过程;SA合成途径中的关键基因显著差异表达,SA调控非生物胁迫信号通路上多个基因显著差异表达。过表达GbGELP113基因增强了拟南芥耐盐性;外源水杨酸能够缓解棉花的盐胁迫。基于以上研究,推测GbGELP113通过水杨酸信号通路参与棉花对盐胁迫的响应。本项目拟在盐、水杨酸处理下,开展GbGELP113基因的启动子顺式作用元件和互作蛋白研究;以不同处理的GbGELP113过表达及敲除转基因株系为材料,测定SA含量、抗氧化酶系统和抗坏血酸-谷胱甘肽系统等酶活力,分析SA合成及调控非生物胁迫信号通路相关基因的表达丰度,进行脂质组学研究,探究GbGELP113基因参与水杨酸信号通路响应棉花盐胁迫的机制。
英文摘要
GDSL-type esterases/lipases(GELP) were a type of lipid hydrolysis enzymes widely involved in physiological activities such as plant stress. The transcriptome and proteome analysis of two Gossypium barbadense materials showed that more than one member of GELP gene family not only participated in the process of salt stress, but also in the biological process of salicylic acid (SA), and the key genes in SA synthesis pathway and the reported abiotic stress signal pathway regulated by SA were significantly differentially expressed. In Arabidopsis, overexpression of GbGELP113 gene increased salt tolerance in transgenic plants. SA could alleviate salt stress of cotton. Based on the above research, GbGELP113 was speculated to be involved in the response to cotton salt stress by the signal pathway of salicylic acid. This project will intend to carry out the research on promoter cis elements and interacting proteins of GbGELP113 gene under salt and salicylic acid treatment. The SA content and the activity of antioxidant enzyme system and ascorbate-glutathione system will be determined, the expression abundance of gene in the SA synthesis and regulation of abiotic stress signal pathway, and lipidomics will be studied in the GbGELP113 overexpression and knockout transgenic lines under salt and salicylic acid treatment. The mechanism of GbGELP113 gene involved in salicylic acid response to salt stress in cotton will be explored.
GDSL脂肪酶(GELP)是一类水解酶,广泛参与植物逆境胁迫等生理活动。本项目通过开展GbGELP113基因启动子顺式作用元件功能研究发现,水杨酸响应的顺式作用元件序列的突变造成了启动子驱动活性的下降;通过分子对接等技术,获得与水杨酸响应的顺式作用元件结合的转录因子NAC30。通过对GDSL型酯酶/脂肪酶在陆地棉、海岛棉等10个棉种中进行家族鉴定、遗传进化和分子模拟等技术分析,首次发现结合口袋特性是棉花GDSL型酯酶/脂肪酶基因家族功能多样性的基础。通过对GbGELP113基因过表达及突变体植株的株高、果枝数和油分含量的分析发现,GbGELP113基因对株高的生长具有促进作用,但是不影响果枝数;突变体中的一些脂肪酸含量降低,进一步降低了种子的含油量。通过对盐、水杨酸不同处理的GbGELP113过表达及突变体进行表型观察、靶向植物激素测定、转录组及非靶脂质组学分析发现,GbGELP113 基因不仅能促进盐胁迫下转基因棉花真叶及根系的生长发育,还能提高出苗率,从而增强植株的耐盐性。因此,我们推测GbGELP113 基因提高棉花耐盐性的分子机制如下:第一,参与磷脂代谢影响细胞膜的通透性,通过渗透调节参与盐胁迫过程。第二,GbGELP113 催化的副产物-溶血磷脂参与盐胁迫。第三,水杨酸激活转录因子NAC30,再与水杨酸响应顺式作用元件(SA2)结合,从而启动GbGELP113基因的表达。同时,GbGELP113基因可能与水杨酸(SA)代谢的存在负相关性。第四,在盐胁迫过程中,GbGELP113可能与MIK2蛋白通过相互作用发挥其功能。
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