摘要
干旱和再植病害影响了苹果产业的高质量发展，给农民造成了较严重的损失。挖掘苹果中抗旱与免疫相关基因，并探究其功能，对苹果高效栽培和抗逆育种具有重要理论意义。水通道蛋白（Aquaporins,AQPs）可以高效转运水，广泛存在于各种生物中。除了水分转运功能外，AQPs还可以转运H2O2、CO2、甘油、尿素、NH3等小分子化合物，这些转运过程与植物的生长发育和逆境胁迫反应关系密切。腐皮镰孢菌（Fusariumsolani）是造成苹果再植病的主要致病菌之一。本研究利用发根农杆菌介导的遗传转化，获得了MdPIP2;8根系转基因‘M9-T337’植株，利用该材料探究了苹果MdPIP2;8在响应干旱胁迫和腐皮镰孢菌侵染中的功能；AQPs蛋白的磷酸化修饰对其转运活性具有重要影响，本研究对MdPIP2;8最可能发生磷酸化的位点（第188位丝氨酸）进行了突变，并探究了Ser188磷酸化对苹果MdPIP2;8在干旱和腐皮镰孢菌侵染下功能的影响。主要研究结果如下： 1.在根系中过表达MdPIP2;8不利于苹果抵抗短期干旱。MdPIP2;8的表达受干旱胁迫诱导，在干旱胁迫第5天，MdPIP2;8的表达量激增（达到峰值），之后其表达量逐渐下降。短期干旱处理下，MdPIP2;8过表达根系转基因植株最先萎蔫且萎蔫程度最严重，与空载（EV）和基因干扰表达（Ri）组植株相比，过表达MdPIP2;8株系的净光合速率、Fv/Fm、脯氨酸含量、抗氧化酶活性更低，ROS和MDA含量则更高，表明根系中过表达MdPIP2;8的株系在短期干旱下受胁迫更严重。充分供水条件下过表达MdPIP2;8可显著促进苹果生长。充分供水条件下，与EV组植株相比，根系中过表达MdPIP2;8的植株生长速度较快，植株较高，OE组转基因根系的导水率较高，而Ri组植株则生长较慢，植株较矮，根系导水率较低，表明在根系中过表达MdPIP2;8提高了根系吸水能力，进而促进了地上部的生长。 2.在苹果根系中过表达MdPIP2;8促进胞外的H2O2向胞内转运，提高了苹果根系对腐皮镰孢菌的抗性。腐皮镰孢菌侵染诱导MdPIP2;8上调表达，在侵染后0.5h达到峰值，之后逐渐下降。水培苗根系接种腐皮镰孢菌后，与EV组根系相比，OE组转基因根系的生长状态更好，根系中病原菌的相对生物量较低，而Ri组根系生长状态则较差，病原菌相对生物量较高。土培苗根系接种腐皮镰孢菌后，与EV组植株相比，OE组植株生长状态较好，植株较高。进一步研究发现，OE组转基因根系的H2O2转运能力较强，而Ri组根系的H2O2转运能力较差。说明MdPIP2;8促进H2O2跨膜转运至胞内，激活了一系列胞内防御反应，正向调控苹果根系对腐皮镰孢菌的抗性。 3.Ser188磷酸化修饰影响MdPIP2;8在干旱、充分供水和腐皮镰孢菌侵染下的功能。与MdPIP2;8和MdPIP2;8S188A（去磷酸化形式）相比，MdPIP2;8S188D（模拟磷酸化形式）的水分转运能力和H2O2转运能力更强。说明MdPIP2;8Ser188的磷酸化提高了其水分转运能力和H2O2转运能力。与MdPIP2;8-OE组根系转基因植株相比，MdPIP2;8S188D-OE组植株在短期干旱处理下受伤害程度较为严重，而在充分供水条件，MdPIP2;8S188D-OE组植株更高，根系导水率更高，H2O2转运能力更强，转基因根系对腐皮镰孢菌的抗性更强，表明MdPIP2;8第188位丝氨酸被磷酸化后提高了苹果根系水分转运能力，进而促进了生长，但是却不利于苹果抗旱，MdPIP2;8Ser188被磷酸化后，MdPIP2;8的H2O2转运能力被提高，增强了苹果根系对腐皮镰孢菌的抗性。 综上所述，短期干旱胁迫下，在根系中过表达MdPIP2;8不利于苹果抗旱，但在水分充足供应下MdPIP2;8促进根系吸水，有利于植株地上部的生长；MdPIP2;8也能够从胞外向胞内转运信号分子H2O2，激活细胞内免疫反应，正向调控苹果对腐皮镰孢菌的抗性。Ser188的磷酸化增强了MdPIP2;8的水分和H2O2转运能力，这有利于苹果在水分充足条件下的生长且增强了根系对腐皮镰孢菌的抗性，但却不利于苹果抗旱。本研究为进一步探索苹果生长与防卫之间的平衡奠定了理论基础。
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