高温胁迫下半夏硬脂酸-ACP去饱和酶基因的表达与功能研究

①课题来源与背景：该课题来源于国家自然科学基金“高温胁迫下半夏硬脂酸-ACP去饱和酶基因的表达与功能研究”(31501368)资助。 ②研究目的与意义：高温逆境引发的“倒苗”严重影响半夏人工栽培生产，但有关倒苗机理尤其是分子机理的研究极为薄弱。前期研究中，项目组发现半夏硬脂酸-ACP去饱和酶基因(PtSAD)在高温环境下表达水平发生显著变化。大量研究表明，SAD表达受温度调控，参与调节膜脂肪酸饱和程度，进而影响植物对温度的耐受性。但有关SAD对高温响应的研究极少，更无半夏PtSAD功能的报道。 ③主要论点与论据：该项目通过启动子分离和表达模式鉴定，研究其应答高温的诱导模式和潜在机理；同时创制超表达及敲除突变材料，分析高温胁迫下表型变化和脂肪酸组成。在此基础上，利用生理生化手段，精确测定膜完整性、膜保护酶活性及膜脂过氧化程度等参数，阐明PtSAD在高温胁迫下起作用的生理基础。该研究将加深对半夏高温胁迫响应机理的认识，为探索半夏的高温适应策略及品种改良提供参考依据。通过构建超表达和基因敲除表达载体对半夏进行遗传转化，分析转基因材料的耐热性及脂肪酸组成。CRISPR-cas9创制的PtSAD突变体半夏植株耐热性增强，而35S启动子驱动PtSAD基因超表达后植株耐热性降低，表明PtSAD负向调控半夏耐热性。与对照植株相比较，敲除突变体十八烷酸(18：0)含量增加、油酸含量降低，而超表达植株中18：0降低，油酸含量增加，说明PtSAD直接参与调控半夏细胞膜脂肪酸组成。生理生化分析表明，敲除PtSAD有助于维持植株在高温下细胞膜完整性，保持抗氧化酶活性和抑制膜脂过氧化；而过表达后则细胞膜完整性被破坏，抗氧化酶活性受抑制，膜脂过氧化程度加剧。 ④创见与创新：首次证实通过降低PtSAD酶活，可增加脂肪酸不饱和度，提高半夏对高温的耐受性。 ⑤社会经济效益，存在的问题：研究成果对耐高温半夏种质资源的创制提供基础材料，且有助于理解半夏响应高温的分子机制，还在考察所获半夏材料其他性状，同时转基因材料种植尚待国家政策支持。 ⑥历年获奖情况：通过该项目实施，明晰了PtSAD热诱导表达模式及相关响应元件，揭示了该基因响应半夏耐热性的生理指标。获得耐热性提高的半夏材料3个，正在进行田间实现，有望为改善应对半夏的高温胁迫的能力。截止发表论文论文18篇，其中SCI收录9篇，medline收录1篇，CSCD4篇，本科学报及中文核心4篇，获授权国家发明专利4项，培养硕士研究生4人，做全国性学术会议报告2次。