大白菜BrHSF13和 BrHSF14基因耐热机制研究

The heat shock transcription factor (HSF) is the central regulator for response genes to heat stress in higher plants, but the study on the BrHSFs gene of Chinese cabbage to heat resistance has not been reported. Here, 31 HSF genes were identified from Chinese cabbage genome database, and the expression pattern analysis showed that, BrHSF13 and BrHSF14 genes were the most up-regulated after heat treated 1 h. Combining phylogenetic tree and review of the references we think, BrHSF13 and BrHSF14 may play a critical role in Chinese cabbage in response to heat stress. In view of this, we will create an over-expression or inhibit-expression mutant for BrHSF13 and BrHSF14 genes, by analyze the heat resistance and expression profiling of the mutants, clear the function and the mechanism of BrHSF13 and BrHSF14 genes in heat resistance. In addition, identified the protein which bind to the core sequence for responsive heat shock by yeast one hybrid, ChiP assay, then precise the mechanisms of heat shock response for BrHSF13 and BrHSF14 genes. Through this research, a broaden the plant HSF content knowledge, on the other hand also provides the theory basis for Chinese cabbage resistant molecular assisted breeding, has important value in theory and application.

热激转录因子（HSF）是高等植物热胁迫响应基因的中心调控因子，但关于大白菜BrHSFs基因耐热功能的研究尚未见报道。本课题利用大白菜基因组数据库数据从中鉴定了31个HSF基因，对其表达模式分析发现，BrHSF13和BrHSF14基因在热处理1h时上调表达最显著。结合进化树和文献回顾我们认为，BrHSF13和 BrHSF14基因在大白菜响应热胁迫的过程中可能发挥了重要作用。鉴于此，我们拟创制过量或抑制表达BrHSF13、BrHSF14基因的大白菜突变体，通过对突变体耐热性、转录表达谱分析等明确二者在耐热中的功能及作用机制。另外，通过酵母单杂、ChiP等鉴定并验证与BrHSF13、BrHSF14基因热胁迫响应核心序列相结合的蛋白，明确其对热激的响应机制。通过本研究，一方面拓宽了植物HSF 的知识内涵，另一方面也为大白菜耐热分子辅助育种提供理论依据，具有重要的理论和应用价值。

在本项目申请时我们将Bra012828和Bra012829基因分别命名为BrHSF13和BrHSF14。但为了让研究者更好的理解本项目所研究的基因，我们在本总结报告中采用了Song等（2014）发表在Mol. Genet. Genomics （2014, 289, 541-551）上所采用的命名，将Bra012828和Bra012829分别命名为BrHSF15和BrHSF16。本研究取得的主要结果如下：（1）以大白菜AM160（热敏感）和2013-33（耐热）为材料研究发现在热胁迫条件下2013-33可以正常结球并且具有较高的Fv/Fm值以及较低的相对电导率值和MDA含量。另外，进一步的研究发现，在热胁迫条件下2013-33可以积累更多的可溶性蛋白菜和可溶性糖。（2）以AM160和2013-33为材料研究了BrHSFs基因在大田长期热胁迫和室内短时间热胁迫条件下的表达模式，发现部分BrHSFs在两种材料中的表达模式存在显著的差异，并据此选择BrHSF15和BrHSF16基因开展了更为深入的研究，发现过量表达BrHSF15和BrHSF16基因可明显提高转基因植株的耐热性。进一步对BrHSF15启动子区序列以及相关基因的表达模式分析，我们筛选到了一个参与该基因调控表达的上游基因bZIP（Bra021735）。另外，在本研究中我们通过高通量表达谱测序技术筛选到了BrHSF15的两个新的靶基因BrTILs和BrVQ3，研究发现BrTIL2和BrVQ3基因的表达也受到高温胁迫的诱导，但是过量表达该基因却没有明显提高转基因植株的基础耐热性，却可以明显提高转基因植株的耐盐性；而过量表达VQ3基因则提高了转基因植株的热敏感性，说明该基因可能参与对热胁迫的负调控。（3）在本研究中我们还通过全基因组重测序技术将大白菜耐热遗传位点定位于Chr01: 5M-20M；Chr02: 0-7M；Chr03: 3M-15M；Chr04: 13M-19M；Chr09: 8M－34M以及Chr10: 7M－13M的几个不同位点。另外，通过进一步的分析我们还获得了多个可能参与大白菜耐热性响应的候选基因。（4）在本项目的资助下，共发表文章14篇，其中SCI收录文章6篇；获授权国际发明专利1项，国家发明专利1项；；获省科技进步二等奖1项、院科技进步一等奖1项；培养博士研究生1名，硕士研究生2名。

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