采后香蕉抗冷诱导中CBF与活性氧信号的关系

Chilling injury is one of the main problems in postharvest tropical and subtropical fruits and vegetables. Heat treatment has been proved to successfully induce chilling resistance in many spices of fruits and vegetables, including bananas. But the cold resistance mechanism induced by heat treatment is not clear yet, especially the related signal transduction pathway. Accumulating results from model plants showed that the CBF Cold-response Pathway may be the most important pathway in enhancing the cold tolerance of plant. However there is no evident regarding the involvement of CBF Cold-response Pathway in cold tolerance induction in postharvest. The object of this project is to study the mechanism of chilling resistance of banana fruit by heat treatment in the aspect of CBF Cold-response Pathway and ROS signaling. Accordingly, whether harvested banana fruits possess the CBF Cold-response Pathway, whether the chilling resistance of banana fruits induced by heat treatment is through the CBF Cold-response Pathway, the relationship between ROS signaling and CBF Cold-response Pathway in the chilling resistance of banana fruit induced by heat treatment, will be investigated. This project will be helpful to understand the mechanism of cold resistance induction in fruits and its signal transduction. Also it will present a new idea for enhancing chilling tolerance of bananas by genetic modification strategy.

冷害是热带亚热带果蔬贮运保鲜中存在的主要问题之一。热处理是提高果蔬抗冷性的最有效采后处理之一，但热处理诱导的抗冷机制特别是有关的信号传导途径目前还不太清楚。模式植物上的研究表明，低温转录因子CBF调控的信号传导途径可能是诱导植物抗冷性提高的最重要途径，但采后果实上是否存在该途径以及在诱导抗冷性中的作用目前尚无报道。本项目从CBF冷应答途径及其与热处理诱导的活性氧信号的关系入手，探讨热处理诱导香蕉抗冷性的机理，主要内容包括：进一步确定采后香蕉果实是否存在CBF冷应答途径；了解热水处理是否通过CBF冷应答途径来提高果实的抗冷性；探讨热水诱导香蕉果实抗冷性过程中CBF冷应答途径与活性氧信号的关系。本项目的研究成果有助于人们深入理解采后果实的诱导抗冷性及其信号转导途径，为人们进一步探索更好的采后处理措施以减轻贮运冷害等提供参考，也为将来进一步探讨利用转录因子CBF获得转基因抗冷香蕉植株打下基础。

【项目背景】冷害是果实采后贮运过程中存在的主要问题之一。目前国内外对果蔬采后贮运冷害的研究主要涉及冷害生理生化变化及基因表达调控等方面的内容。冷害低温作为一种基本的环境胁迫因子，采后果蔬是如何感应冷害信号的，冷害信号又是如何转导的，目前了解得还非常少。【主要研究内容】 1、低温冷害对采后香蕉果实CBF冷应答途径相关基因（ICE、CBF、COR等）表达的影响。2、热水处理是否通过CBF冷应答途径传导从而提高香蕉的抗冷性。3、热处理诱导香蕉抗冷性中CBF冷应答途径与活性氧信号的关系。【重要结果及关键数据】1、7℃低温能迅速诱导CBF冷应答途径相关基因的表达，说明采后香蕉果实中存在CBF冷应答途径。2、CBF冷应答途径基因在采后香蕉热处理诱导的抗冷中起到了重要调控作用。热激处理（52℃，3min）能快速诱导CBF冷应答途径相关基因的表达，并且CBF/DREB类基因和MaCOR413在7℃低温胁迫下表达强于对照。推测CBF冷应答途径相关基因表达增强可能参与了热处理诱导采后香蕉果实的抗冷性。3、利用活性氧抑制剂DPI能在一定程度上降低部分CBF冷应答途径相关基因的表达，并且降低了由热处理诱导的香蕉抗冷性，推测活性氧可能通过诱导CBF冷应答途径基因表达增强从而提高香蕉果实抗冷性。4、钙信号可能参与了对香蕉果实CBF冷应答途径的调控。香蕉果实经热处理后立即用LaCl3进行真空渗透能显著消弱由热处理诱导产生的抗冷性，对CBF冷应答途径的部分基因有较强的抑制作用。CDPK和CAM在采后香蕉热处理诱导的抗冷中起到重要作用。5、MaHSFA1和MaHSP70在采后香蕉热处理诱导的抗冷中起到关键作用。6、MaCAMTA3受到热激（52℃，3min）和低温（7℃）的诱导快速上调表达，MaCAMTA3可能是连接钙信号和CBF冷信号的中间纽带。【科学意义】本项目的研究成果有助于人们深入理解采后果实的CBF冷信号途径，为人们进一步探索更好的采后处理措施以减轻贮运冷害等提供参考依据。