CBF信號途徑在低溫下對植物生長的調(diào)控及其育種應(yīng)用.pdf

1、低溫限制作物的種植區(qū)域，降低作物產(chǎn)量，是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子。對低溫下植物冷響應(yīng)信號通路調(diào)控植物生長發(fā)育和低溫抗性的研究，以及通過基因工程手段在保證植物正常生長發(fā)育的同時提高農(nóng)作物抗冷性，已成為植物科學(xué)領(lǐng)域重要的研究課題之一。
　　CBF信號途徑是高等植物中保守存在的冷響應(yīng)調(diào)控通路，在植物低溫響應(yīng)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)核心地位。本研究通過對耐冷物種薺菜（Capsella bursa-pastoris）來源的CBF信號途徑下

2、游功能基因CbCOR15a以及上游轉(zhuǎn)錄因子基因CbICE53和CbCBF的表達和功能特性分析，評價其在轉(zhuǎn)基因抗冷作物育種中的應(yīng)用前景，為在生產(chǎn)實踐中提高逆境下農(nóng)作物產(chǎn)量提供優(yōu)良的候選基因和轉(zhuǎn)化策略。
　　表達特性分析和轉(zhuǎn)基因功能評價顯示，CbCOR15a和CbICE53對冷敏植物煙草的抗冷性有明顯增強作用，且不引起明顯的生長抑制，可作為基因工程抗冷作物育種的候選功能基因。CbCBF轉(zhuǎn)基因煙草在零上適度低溫和零下冰凍低溫條件下的抗冷

3、性均有顯著提高，同時伴隨明顯的生長受抑制現(xiàn)象。由此，如何消除CBF類基因?qū)χ参锷L的抑制作用是抗冷作物育種的重要問題。
　　為進一步探索低溫下CBF轉(zhuǎn)錄因子對植物生長調(diào)控的具體通路細節(jié)，本研究利用模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana），分析CBF1/2/3基因與赤霉素以及DELLA蛋白的互作，發(fā)現(xiàn)CBF1/2/3過表達植株的生長受抑制表型均能被GA3施加部分挽救。CBF1/2/3基因均對植物內(nèi)源活性赤霉素水平有

4、下調(diào)作用，并特異性提高RGL3基因的表達量，富集DELLA蛋白，其中赤霉素失活途徑基因GA2ox7是CBF3的直接靶位點。此外，轉(zhuǎn)錄組測序分析顯示，除赤霉素外CBF1/2/3基因?qū)BA，生長素和茉莉酸等激素信號途徑均有調(diào)控，同時顯著下調(diào)細胞凋亡途徑相關(guān)基因。說明CBF基因主要通過影響激素和細胞凋亡過程調(diào)控植物生長。
　　總體上，本研究分析和評價了耐冷物種薺菜來源的抗冷作物育種候選基因，為多基因的進一步組合共轉(zhuǎn)化策略提供理論支持。