图1仁用杏、拟南芥和桃AQP家族成员的系统发育、共线性分析和蛋白互作研究图2 PaAQPs基因转化酵母的抗寒性研究

图2 PaPIP1-3和PaTIP1-1转基因拟南芥抗寒性明显提高
仁用杏是我国“三北地区”重要的生态经济型干果树种、木本油料树种和植物蛋白饮料树种，具有很高的经济价值和生态价值。由于仁用杏休眠期短、花期早，易遭受晚霜危害，造成减产甚至绝产，因此实现人为调控花期是解决仁用杏低产和不稳产的有效途径之一。在前期对仁用杏“优一”花芽3个发育时期（花芽萌动前期、花芽萌动期、露红期）的数字基因表达谱研究发现，植物水通道蛋白（aquaporin，AQP）家族的unigene基因在花芽休眠和萌发的不同时期的表达存在显著差异性，可能在花芽休眠、休眠解除及低温胁迫响应中起重要作用。水通道蛋白是能高效特异性转运水分子的细胞膜内在蛋白，有研究报道其在水分长距离运输、开花繁殖和逆境胁迫等方面具有重要的生理作用，但是目前为止，在仁用杏中还没有关于AQP家族基因功能的研究报道。
该研究以拟南芥AtAQPs序列为种子序列，通过blast在仁用杏“龙王帽”基因组中共鉴定到32个PaAQPs成员，并对仁用杏、拟南芥和桃物种间的AQP家族成员的共线性、PaAQPs基因家族中不同类型的基因复制事件及启动子的顺式作用元件进行分析。在对PaAQPs家族基因在不同组织（花芽和茎段）和不同休眠、萌发时期（生理休眠、生态休眠、发芽期和萌发期）进行表达模式分析的基础上，开展了具有代表性的家族成员的亚细胞定位和基因共表达网络分析，发现PaAQPs与参与低温胁迫或休眠、休眠解除相关的PaZFC3HC4、PaUbI、PaEREBP、PaWRKY等基因协同作用，调控仁用杏抗寒性、芽休眠和萌发。酵母双杂交研究发现，PaNIP6-1与PaWRKY6、PaTIP1-1与PaTSPO、PaPIP2-1与PaATHATPLC1G蛋白之间有相互作用。PaAQPs转化酵母和拟南芥的研究发现，PaPIP1-3和PaTIP1-1转化的酵母菌在低温条件（-20°C）下能正常生长。在低温胁迫下，PaPIP1-3和PaTIP1-1转基因拟南芥的SOD活性和脯氨酸含量显著高于对照，MDA含量明显比对照低，表明PaPIP1-3和PaTIP1-1过量表达的转基因拟南芥抗寒性明显提高。该研究为了解仁用杏花期调控的低温响应机制、获得抗寒育种的基因资源以及花期的精准调控奠定良好基础。
研究成果近日在线发表于Frontiers in Plant Science，华林中心用材林、灌木经济林研究室李少锋副研究员为该论文第一作者，泡桐中心乌云塔娜研究员为通讯作者，本研究得到了中国林科院基本科研业务费专项资金和国家自然科学基金等项目的资助。（李少锋/华林中心）
论文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2021.690040。