ABA调控蔗芽应答低温胁迫的作用机制研究

Sugarcane is the most important sugar crop in China and the world. Chilling damage occurred frequently, which caused serious influence in sugarcane production. Abscisic acid as an important stress signal, plays an important role in the regulation of plant resistance. Previous research indicated that cold resistance could significantly enhanced by abscisic acid application in sugarcane buds. However, its regulation mechanisms are still not clear. In this study, we will use the buds of strong cold resistant variety GT29 and weak cold resistant variety ROC22 as material, analysis the mechanism of abscisic acid associating with cold resistance, and interpret its signaling pathways on mediating sugarcane buds under cold stress by the morphological and physiological experiments, gene expression and protein expression. The project will be enrich the mechanism of cold resistant in sugarcane in theory, guide the sugarcane sett preservation and planting in practice, promote the sustainable development of sugarcane industry.

甘蔗是我国乃至世界最重要的糖料作物。近年来，频繁发生的寒冻害，严重影响了甘蔗产业的发展。ABA作为一种重要的胁迫信号，在调节植物抗逆性中起重要作用。项目组前期研究发现，一定浓度的ABA处理甘蔗种芽后能显著提高其抗寒性，但调控机制尚不清楚。本项目以抗寒性强品种桂糖29号和抗寒性弱品种新台糖22号种芽为材料，从形态、生理、基因表达、蛋白质组等方面全面动态地分析ABA与蔗芽抗寒性的相关性，阐释ABA介导甘蔗芽应答低温胁迫的信号转导过程和调控作用机制。研究结果在理论上可丰富甘蔗抗寒机理，在实践上可指导甘蔗防寒留种和种植，促使甘蔗产业可持续发展。

甘蔗是世界上最重要的糖料和能源作物。蔗芽作为甘蔗的主要繁殖器官，易受低温寒潮的伤害，影响蔗茎的留种及蔗芽的萌发。ABA在植物的生长发育和抗逆胁迫生长中具有重要的作用。ABA处理蔗芽后，其抗寒性显著提高。本研究以不同抗寒性品种GT42和ROC22为材料，从形态结构、生理生化参数变化、抗寒相关基因表达、转录组及蛋白质组的动态变化，系统的研究了ABA调控蔗芽应答低温胁迫的作用机制。主要研究结果如下：（1）低温胁迫改变蔗芽细胞结构，长时间的低温胁迫后，蔗芽细胞膨大变形，细胞壁破裂，出现死亡、不可逆生长的现象，同一胁迫时间下，GT42蔗芽细胞排列情况好于ROC22，ABA处理减轻了蔗芽形态结构紊乱程度。（2）低温胁迫下，蔗芽受低温伤害，萌芽率降低；蔗芽相对电导率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、过氧化氢和ABA含量增加；蔗芽抗氧化保护系统加强，抗氧化酶的活性提高；抗寒性不同的品种生理变化存在品种差异，ABA处理有效缓解了蔗芽受低温伤害程度。（3）DIA定量蛋白质组学和RNA-seq转录组测序结果确证了细胞膜稳定性是决定ROC22和GT42抗寒性差异的核心因素，ABA处理通过提高细胞膜稳定性以调节蔗芽抗寒性，挖掘获得了ABA调控及抗寒相关蛋白（基因）8个。（4）项目共发表研究论文6篇，其中SCI论文3篇，中文核心期刊论文3篇；获授权专利5项，其中发明专利2项，实用新型专利3项；获计算机软件著作权3项。研究结果丰富了甘蔗抗寒研究机理，储备了抗寒基因（蛋白）资源，为抗寒性状的遗传改良提供了理论依据。