高山离子芥细胞磷脂酶D在植物抗寒生理生态中的调控机制研究

植物与环境的关系一直是生态学的研究热点，而细胞磷脂酶D在植物响应胁迫的信号转导、细胞的生长发育及衰老凋亡中的重要作用也日益为人们所关注，但磷脂酶D与植物抗冻性关系的研究却未见报道。本研究拟以具有高抗寒性的高山冰缘植物高山离子芥作为研究对象，通过克隆与抗寒密切相关的磷脂酶D基因家族成员，进行功能及抗寒信号通路研究，探讨磷脂酶D基因家族参与响应低温胁迫（冷、冻）的具体类型、表达调控形式、与信号分子和生理生化因子的相关性，揭示高山离子芥细胞磷脂酶D响应低温胁迫的信号转导通路和生理生态适应机理，为深入了解植物细胞磷脂酶D响应低温胁迫的作用机理提供理论参考依据，也为高山冰缘植物抗冻性生理机制研究提供理论支撑。

本研究以具有很强抗冻性的典型高山冰缘植物高山离子芥（Chorispora Bungeana）试管苗为研究材料，通过基因克隆得到其磷脂酶D基因家族成员，分别命名为CbPLDα、CbPLDβ和CbPLDδ。利用RT-PCR等技术对CbPLDα、CbPLDβ和CbPLDδ在不同组织中和不同低温胁迫下的表达模式进行了研究，探讨了高山冰缘植物细胞磷脂酶D基因家族成员参与低温胁迫适应性的作用；从生理生化角度分析研究了高山离子芥试管苗对低温胁迫的适应机制及磷脂酶D对低温胁迫的响应的相关信号通路；通过构建基因融合质粒，转化植物，构建了含有CbPLDα、CbPLDβ和CbPLDδ基因的植物表达载体，分别获得转CbPLDα、CbPLDβ和CbPLDδ基因烟草，并对转基因烟草的抗寒性进行研究，揭示了CbPLD基因家族成员参与低温胁迫响应的功能。研究成果填补了高山冰缘植物磷脂酶D的研究空白，为农作物的抗低温育种提供有效基因资源及理论依据，为最终通过基因工程手段培育出抗寒作物品种做了铺垫准备。.取得的主要研究结果如下：.⑴ 克隆得到三个高山离子芥磷脂酶D基因家族成员CbPLDα，CbPLDβ，CbPLDδ。.⑵ 研究了CbPLDα、CbPLDβ和CbPLDδ表达的组织特异性以及低温胁迫下转录水平和蛋白活性的变化。发现CbPLDα、CbPLDβ和CbPLDδ在根、茎和叶中均有表达，但不同基因在组织中的表达量存在差异；低温诱导PLD的活性，PLD活性部分依赖于CbPLDα基因的表达，而 CbPLDβ和CbPLDδ基因的转录水平和PLD活性的变化密切相关。.⑶ 研究了冷冻胁迫下高山离子芥电导率、MDA、膜结合态Ca2+含量、PLD酶活性的变化以及冷冻胁迫对高山离子芥细胞磷脂酶D的酶动力学影响，分析确定了PLD参与高山离子芥细胞响应冷冻胁迫的主要途径。.（4）确定了不同低温胁迫下，高山离子芥细胞参与了膜稳定性调节、渗透调节物质的积累和抗氧化酶系的调控，并且与激素ABA信号通路相关。.（5）分别获得转CbPLDα、CbPLDβ和CbPLDδ基因烟草。发现转高山离子芥CbPLD基因烟草在受到低温胁迫时，通过统一协调机体内的膜质过氧化和保护酶等因素共同作用，完成抵御低温胁迫的共同响应。