盐胁迫是影响植物生长发育的重要逆境因子之一。过多的盐分通常引发离子毒害、渗透胁迫和次级氧化胁迫,影响着植物诸多生理过程。植物已进化出许多形态的、生理生化的和分子的调控机制来克服高盐环境。植物通过清除过量的活性氧和增强抗氧化酶系统的活性、积累低分子量的有机化合物(如糖类、甜菜碱和脯氨酸)和分子伴侣(如热激蛋白)、改变离子的转运、液泡的区隔化以及诱导植物激素ABA和乙烯等方式来缓解盐胁迫造成的不利影响。目前,土壤盐渍化己经严重影响到世界范围内许多重要作物的品质和产量,而发掘耐盐新基因并解析其耐盐分子机理是一个意义重大的研究课题。本实验室在拟南芥C24生态型中分离到一个T-DNA插入型突变体athspr(Arabidopsis thaliana heat shock protein-related),与野生型相比,该突变体器官体积减小,对环境因素敏感性增强。本研究以野生型(C24)、athspr突变体、AtHSPR互补系及其过表达系为研究对象,通过形态学比较、生理生化技术、基因工程、转录组测序及生物信息学、q RT-PCR、Western-blot、酵母双杂交系统、GST pull-down和免疫共沉淀等研究方法,对AtHSPR基因参与植物耐盐旱胁迫的生理功能和分子作用机制进行了系统的分析,并进一步对AtHSPR基因参与调控植物生长发育的功能进行了探究,为更深层次揭示植物耐逆和发育的分子机制提供了重要而有意义的信息。主要研究结果如下:1、AtHSPR基因特异地在拟南芥维管组织中表达,包括在子叶、叶片、根、茎顶端分生组织以及花序茎的形成层和韧皮部。2、AtHSPR基因编码一个细胞核定位的ATP水解酶蛋白,其表达受到盐和ABA的诱导而增强。3、AtHSPR蛋白的缺失导致athspr突变体对盐胁迫和干旱胁迫耐受性降低。在athspr突变体中,过多积累的ROS可能是导致盐诱导的细胞死亡的主要原因。4、AtHSPR基因的过表达通过增强抗氧化酶系统活性和维持体内K~+/Na~+离子平衡而增强了转基因拟南芥的盐胁迫耐受性。同时,过表达AtHSPR基因增强了转基因拟南芥ABA/胁迫响应、SOS系统和抗氧化系统相关基因的表达。5、athspr突变体对ABA的敏感性降低、ABA的积累减少、叶尖气孔密度和气孔指数增加,并且减慢了ABA诱导的气孔关闭;外源施加ABA可以部分恢复athspr突变体的盐敏性,表明AtHSPR基因参与ABA依赖的盐耐受性调控。同时,AtHSPR过表达系通过减少叶片水分的散失和ABA介导的气孔开闭增强了转基因拟南芥的抗旱性。6、转录组学分析显示:athspr突变体在盐处理条件下,涉及ROS积累、ABA信号转导、细胞死亡、胁迫响应和光合作用等相关基因的盐胁迫转录响应与野生型相比有较大差异,AtHSPR基因可能通过调控这些信号通路来参与拟南芥的胁迫应答。7、AtHSPR基因突变导致拟南芥细胞形态发生变化,SAM发育延迟;超表达AtHSPR基因提高了转基因拟南芥的生物量,表明AtHSPR基因可能参与调控植物细胞的扩展。8、通过酵母双杂交系统文库筛选得到11可能与AtHSPR相互作用的候选蛋白,并进一步通过GST-pull down和免疫共沉淀分析验证了其中与发育相关的生长素响应因子IAA27蛋白和AtHSPR之间存在直接的相互作用。9、athspr突变体及AtHSPR超表达系幼苗表现出对生长素及生长素抑制剂不同的敏感性,同时改变了生长素内平衡相关基因(如GH3家族基因)和生长素极性运输相关基因(如PIN家族基因)的表达,表明AtHSPR基因可能通过参与调控植物共轭形式IAA相关基因GH3家族基因的表达来调节植物生长素的内稳态以及通过影响PIN家族基因的转录而参与调控生长素的极性运输。综上所述,AtHSPR作为一个ABA介导的盐耐受性的正向调控子,通过清除过度积累的ROS、调控ABA诱导的气孔关闭和ABA信号转导、维持光合作用和体内Na/K离子平衡来增强植物的耐盐性。此外,AtHSPR蛋白可能与IAA27蛋白直接相互作用,通过调控生长素信号及生长素的内稳态和生长素的极性运输,进而在植物生长发育和细胞扩展中发挥功能。本研究不仅具有重要的学术价值,同时还为提高农作物耐受盐旱胁迫能力提供了新的研究思路。