新疆濒危植物高山离子芥抗冷相关功能基因组分析与关键基因克隆

高山离子芥是极端生境下稀有的多年生高山冰缘植物，国内仅分布于新疆，目前分布正日益减少，濒于灭绝。高山离子芥是极具研究价值的抗冷性植物材料，但对其适应极端环境的分子机制目前仍不清楚。植物通过一整套复杂而高度协调的基因表达网络调控逆境胁迫的应答和适应性反应。植物对低温信号的感知及转导的途径是复杂多样的，对这些途径中更多重要组分的发现将有助于阐明植物抗冷性的网络调控机制。本研究利用新疆极寒生境植物高山离子芥，通过功能基因组学研究方法- - 基因芯片技术，结合抑制差减杂交技术从基因水平上大规模高通量鉴定抗冷性相关基因，以获得高山离子芥低温抗性基因表达库，并进一步从中分析、鉴定和克隆获得关键基因并研究其功能，以深入了解高山离子芥的极端生境适应机制，同时为植物适应低温逆境的分子机制提供实验依据，并为进一步应用于棉花、加工番茄及林果类等新疆重要经济作物奠定基础。

高山离子芥是冰缘植物的典型代表，生长于天山雪线附近的高山流石堆，对严寒、高紫外线的高山极端生境有极强的适应性。本项目利用功能基因组学研究技术初步探讨高山离子芥适应极端生境的分子机制。本项目完成了以下研究内容：1、高山离子芥人工培养体系的建立：利用高山离子芥离体叶片进行愈伤组织的诱导及培养，建立了体外组织培养体系，并获得了完整的再生植株。利用种子在采集地当地自然条件下萌发后露地栽培，实现了高山离子芥的引种驯化和人工繁殖，解决了高山离子芥材料获得困难的问题，为进一步研究奠定了基础。2、高山离子芥和具葶离子芥芥低温胁迫相关基因表达谱的获得：野生高山离子芥和具葶离子芥植株经低温处理后，由博奥生物有限公司（北京）利用Illumina Solexa高通量测序技术进行转录组测序，同时利用cDNA-AFLP技术对低温处理下两种离子芥的差异基因表达进行分析和比较。经转录组测序结合cDNA-AFLP以及进一步数据分析，获得了高山离子芥和具葶离子芥低温胁迫下的基因差异表达谱：转录组测序获得高山离子芥差异表达基因5219个，其中表达上调基因为3627个，表达下调基因为1592个；转录组测序获得具葶离子芥差异表达基因8141个，其中表达上调基因为3250个，表达下调基因为4891个。利用cDNA-AFLP技术获得高山离子芥差异表达基因TDF 25个，具葶离子芥差异表达基因TDF 10个，均为表达上调基因片段。3、对转录组测序和cDNA-AFLP结果分析后从差异表达的基因库中筛选出可能的关键基因，利用Real-Time PCR进行基因表达分析及初步功能验证，已获得4个高山离子芥低温胁迫相关基因，目前正在进行基因克隆及转化模式植物的工作。项目执行迄今已发表论文两篇，培养硕士研究生两名。