高山离子芥DREB2A转录因子对冷响应基因的调控机制研究

The low-temperature injury is one of the major disasters to crops, it adversely affects their growth, development, yield and quality. To improve crops' low temprature tolerance is an urgent task for the scientists.Previous research shows that the cold responsive genes are regulated by mainly two pathways-ABA dependent and ABA independent(DREB1/CBFs)pathway. However, the molecular regulation theory of DREB1/CBFs pathway is insufficient to support the the phynotype of the natural cold tolerant plants.This project take Chorispora bungeana-an alpine subnival plant as research material,focusing on revealing the regulation mechanism of DREB2A transcription factor which is found by RNA sequence and suppression subtractive hybridization(SSH) under cold stress.We aim to reveal it's function by gene over-expression and gene silence, to find the cold responsive genes regulated by DREB2A through RNA sequence and real-time PCR,and also to indicate the characteristics of its transcriptional regulation and get the key candidate genes to resist cold stress based on comprehensive analysis of the the downstream cold response genes. The above study will lay a foundation for revealing the transcription regulation mechanism of Chorispora bungeana under cold stress, and provide a theoretical basis and technical support for the crops' improvement of cold tolerance and ecological recovery in cold area.

低温冻害是一种重大的自然灾害,它严重影响着农作物的生长发育、产量和品质。提高农作物的低温耐受力是亟待解决的科学问题。前人的研究表明，冷响应基因的表达调控主要有ABA依赖型和ABA非依赖型（DREB1/CBFs）调控通路，然而，目前DREB1/CBFs型调控通路的研究理论不足以支撑具有天然耐冻植物的胁迫表型。本课题以天然抗冻的冰缘植物高山离子芥为研究材料，以通过转录组测序和消减杂交得到的唯一一个DRE/CRT类冷响应转录因子DREB2A为研究对象，利用荧光定量PCR技术研究其表达谱，揭示其低温响应模式；通过基因沉默和过表达来研究其在冷冻胁迫中发挥的作用,揭示其作用机制；利用转录组测序来研究受其调控的下游冷响应基因,阐明其转录调控特征及获得起关键抗冻作用的候选基因。以上研究可为揭示高山离子芥的冷响应调控机制奠定基础，为农作物的耐冻性改造和寒区的生态恢复提供理论依据和技术支撑。

低温胁迫是影响植物生长的重要环境因子，对植物抗冻机制的研究有利于减轻低温冻害，提高农作物的产量。本项目以高山冰缘植物高山离子芥为研究对象，根据在低温胁迫下转录组学筛选到的DNA片段，克隆得到高山离子芥低温响应基因DREB2A及其启动子区序列，并对其功能和分子机制做了初步研究，获得如下研究结果：. 1）高山离子芥DREB2A基因编码334个氨基酸，和琴叶拟南芥、拟南芥有较近的进化关系，不同于拟南芥同源基因，除了可以响应干旱、高盐和高温胁迫外，该基因还可以响应低温胁迫；2）高山离子芥DREB2A基因启动子区序列含有响应干旱、高温、ABA、水杨酸等胁迫的元件，说明其在响应非生物胁迫过程中起着非常重要的作用；3）DREB2A基因主要在叶中表达，花中次之，根中较少，亚细胞定位于细胞核中；4）DREB2A基因具有转录激活活性，且含有一个AP2类DNA结合结构域，在细胞中发挥转录因子的功能；5）DREB2A基因在拟南芥中过表达能够增强其对低温和渗透胁迫的抗性，胁迫下的萌发率和子叶绿化率远高于野生型；在烟草中过表达也能增强过表达株系对低温的抗性，进一步研究发现其能够调控抗氧化物酶系统关键基因的表达，通过增强低温胁迫下氧自由基的清除能力，来减少膜质损伤，从而提高烟草对低温的抗性。. 本研究说明DREB2A作为一个转录因子在高山离子芥响应胁迫的过程中起着非常重要的调控作用，为进一步揭示冰缘植物高山离子芥的抗性机制奠定了基础，也将为以后的农作物改良和生态恢复建设提供理论依据和技术支撑。