杨树PtCAF1I基因在生长发育和病原防御中的功能机制研究

[目的]碳分解代谢物阻遏因子 4(carbon catabolite repression 4,CCR4)相关因子 1(CCR 4-associated factor 1,CAF1)在真核生物mRNA脱腺苷化过程中发挥重要作用,同时参与植物的生长和胁迫应答调控。本研究对杨树CAF1 家族进行鉴定,通过分析其家族成员的功能和表达特征,解析杨树CA F1 参与抗逆调控的分子机理,为杨树遗传改良提供理论基础和实验依据。[方法]选用毛果杨作为试验材料,进行杨树大斑病病原侵染试验,结合生物信息学手段筛选并克隆目的基因,构建GFP表达载体进行亚细胞定位。分别选取毛果杨、“南林 895”杨和山新杨的不同组织进行qRT-PCR检测,比较PtCAF1I在杨树组织中的表达差异。选用山新杨为试验材料,分别设置 200 mM NaCl,10%PEG6000,30%H2O2等处理条件模拟多种非生物胁迫进行转录组分析,研究PtCAF1I在非生物胁迫下的表达特性。通过农杆菌转化获得过表达PtCAF1I杨树植株,比对其与非转基因组间的表型、生理指标及病原抗性差异,结合qRT-PCR测定病原处理下水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)通路关键基因的表达情况,解析PtCAF1I调控杨树抗病的分子机理。[结果]克隆获得毛果杨PtCAF1I基因的全长序列,其编码蛋白包含三个高度保守的基序,与拟南芥、桉树等 13 个物种的CAF1 蛋白序列具有高度相似性。亚细胞定位表明该蛋白在细胞核内表达。qRT-PCR试验结果表明,PtCAF1I在毛果杨、“南林 895”杨和山新杨不同组织中的表达量存在差异,但在三种杨树叶片中的表达量均分别高于茎中表达量,表达模式具有一定的保守性。PtCAF1I对于脱落酸(ABA)、SA、JA、Na Cl、PEG6000、H2O2 和低温胁迫均有不同程度的响应。转录组测序结果显示,DEG 主要集中在苯丙氨酸合成,次级代谢物合成和碳代谢途径中。筛选获得 6 个PtCAF1I过表达杨树株系,其纤维素、半纤维素、木质素、总糖、黄酮含量和细胞壁厚度均显著高于野生型植株。病原侵染试验结果表明,过表达植株叶片上的病斑数目及大小显著低于野生型,对杨树大斑病病菌的抗性显著提高。[结论]PtCAF1I介导的病原防御反应通过调控SA和JA信号通路实现,过表达PtCAF1I能够提高杨树细胞壁厚度和促进杨树生长,同时提高杨树的抗病能力。