高山离子芥海藻糖-6-磷酸合成酶响应植物低温胁迫的分子机制研究

低温是影响植物生长和农业生产最主要的非生物胁迫因子之一。海藻糖作为一种生物保护物质广泛分布于生物有机体中，在低温、干旱、脱水及高盐等不良环境条件下，海藻糖能够稳定蛋白结构，保护细胞及生物大分子免遭破坏。在植物中海藻糖的合成主要是由海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）调控的。先前的研究发现在低温胁迫下高山离子芥CbTPS5基因的表达量增加，表明该基因与植物的抗冻性相关，但目前对于CbTPS5生理功能和响应植物低温胁迫的分子机制还不清楚。本项目拟采用生理生态学和分子生物学方法，首次研究CbTPS5的细胞定位及其体外酶活；过量和抑制CbTPS5的表达对植物抗冻性的影响；CbTPS5与其它蛋白的相互作用，旨在发现TPS在植物生理生态领域的作用，揭示TPS响应植物低温胁迫的分子机制。本研究将为揭示植物抗冻机制、抗逆作物育种及生态建设物种培育等相关研究提供新知识和新方法，具有重要的理论意义和实践价值。

本项目以典型的高山冰缘植物----高山离子芥为研究对象，采用生理生态学和分子生物学的研究方法，克隆到了一种Ⅱ型的高山离子芥海藻糖-6-磷酸合成酶基因（CbTPS5），并对其核酸及氨基酸序列做了生物信息学分析和功能预测；通过荧光定量PCR和Western-blot技术，对在低温、ABA及高盐胁迫下高山离子芥CbTPS5在转录水平和翻译水平的表达谱进行分析，从而揭示CbTPS5与植物抗逆性的关系；并且通过烟草表皮细胞瞬时转染和免疫共沉淀技术，对高山离子芥CbTPS5蛋白的亚细胞定位及与其他蛋白分子的相互作用进行研究，确定CbTPS5定位于细胞膜上，明确其在体内相互作用的蛋白分子，推测CbTPS5在高山离子芥响应低温胁迫中的作用；此外通过浸花法侵染拟南芥野生型，经三代筛选，获得了过表达CbTPS5基因的转基因纯合体植株，进而为研究Ⅱ型海藻糖-6-磷酸合成酶参与响应植物低温胁迫的分子机制奠定了基础。本项目的研究成果将为揭示植物抗冻机制、抗逆作物育种及生态建设物种培育等相关研究提供新知识和新方法，具有重要的理论意义和实践价值。