低温逆境下ERF转录因子调控设施黄瓜果实细胞分裂进程的分子机制

冬季低温是我国设施反季节栽培中的瓶颈问题。主要的设施蔬菜黄瓜对低温敏感，结果期的低温抑制其果实发育进程。转录因子在植物抗低温过程中起到重要作用。本项目拟以全基因组测序的黄瓜品种为研究材料，通过生物信息学方法预测黄瓜的ERF家族因子，鉴定受低温调控的ERF基因，利用凝胶阻滞及转录激活等实验技术验证目标基因是否为转录因子。并通过RNAi、qRT-PCR及细胞流式等技术对目的ERF基因进行功能验证，初步明确其在低温条件下对果实细胞分裂进程的调控模式。研究可望阐明低温条件下ERF转录因子促进黄瓜果实细胞分裂进程的分子机制，为解决设施瓜类生产中存在的低温引起的"化瓜"等现象提供理论依据，具有重要的应用价值。

黄瓜在生产上和消费上占有重要的地位，但设施栽培中的低温等逆境严重抑制了黄瓜植株的正常生长发育。ERF转录因子在植物抗低温过程中起到重要作用，因此，明确其在黄瓜低温逆境中作用，具有非常重要的理论价值。所得的主要结果如下：.1、首先，根据拟南芥的 ERF蛋白序列构建 HMM模型，在黄瓜基因组中确定了108 个ERF因子。分子进化树分析表明，108 个黄瓜ERF蛋白又分为12个亚类。MEME和 SMART 分析表明，黄瓜ERF蛋白具有保守的AP2/ERF基序，还有一些亚类具有特异的基序。其次，通过qRT-PCR的方法，我们分析了12个黄瓜ERF家族基因在低温、干旱和盐胁迫下的表达模式。研究发现，这12个黄瓜ERF家族基因都可被低温所诱导。同时，这12个ERF家族基因还可不同程度的被干旱和盐胁迫所诱导，表明这些基因有可能在多种信号途径中起到交叉应答的作用。.2、研究了低温对黄瓜果实生长发育的影响。结果表明，低温逆境显著抑制了黄瓜果实的发育进程，同时，低温逆境显著的降低了细胞周期相关基因的表达。此外，黄瓜果实中的ERF家族基因同样参与了对低温逆境的应答。但其对低温的响应模式却与幼苗的实验不同，推测乙烯有可能参与了黄瓜果实对低温逆境的应答。同时，我们研究了黄瓜ERF家族基因在黄瓜果实中的表达模式。研究表明，大部分ERF基因的最高表达出现在开花后4天内，推测其在果实发育的细胞分裂期起到重要的作用。同时，这12个ERF家族基因在果皮中表达较高，也证明了其在细胞分裂期起到了作用。.3、分析了黄瓜 CsERF093蛋白在细胞中的分布情况。利用拟南芥原生质体的瞬时表达方法对已分离的ERF093转录因子进行亚细胞定位，通过构建目的基因和 GFP融合表达载体，转入拟南芥原生质体后，利用绿色荧光蛋白观察目的蛋白在细胞中的位置，阐明CsERF093 为核蛋白，定位于细胞核中。.4、构建了CsERF093过表达植株。过表达转基因植株抗冻表型明显，是冷信号通路的正调节子，过表达植株显著提高了低温条件下细胞周期相关基因的表达，同时，转基因植株造成叶片细胞核DNA相对含量发生改变，其中2C比比对照显著增加，4C显著降低，从而减轻了低温条件下植株核内复制现象的加剧。在低温条件下，CsERF093转录因子有可能通过提高细胞周期相关基因的表达来调控果实的发育进程。