杂交构树低温应答蛋白激酶/磷酸酶网络构建及枢纽蛋白调控机制研究

Studies on the cold stress response and formation mechanism of cold stress tolerance traits are very important for expanding crop planting area, enhancing natural disasters resistance, increasing crop yield and quality. Recent studies mainly focus on understanding the intracellular cold signaling pathways and latest report has confirmed that phosphorylation play the essential role in regulating CBF/DREB pathway of cold response. However, the mechanism about the regulation of cold signal network via phosphorylation remains to be further studied. The hybrid paper mulberry is a new versatility tree species with economic and ecological value bred by our lab, which has a wide range of temperature adaptability and simple genetic background, and considered as the ideal woody species for understanding cold response mechanism, In this study, we will explore the changes of phosphoproteome in hybrid paper mulberry after cold stress, establish the protein kinases and phosphatases interaction network, detect hub proteins located in the network, verify the function and precise mechanism of the hub protein, identify the function of phosphorylation site in hub proteins. According to above results, we will analyze the phosphorylation regulatory mechanism in cold response. This study promises to provide the theory basis for breeding cold-tolerance paper mulberry, promote the understanding of cold response mechanism in woody plants，and enrich our knowledge regarding cold signaling networks.

开展植物低温应答和耐寒性状形成机制的研究，对扩大作物种植区域、提高作物产量和品质、增强抗灾害能力具有重要意义。近年来，该领域的研究热点主要集中于对胞内低温应答信号通路的解析，最新的研究结果显示，磷酸化修饰在低温应答的CBF/DREB信号通路中发挥重要调控作用。但目前对磷酸化修饰如何调控整个低温应答信号网络仍有待进一步深入研究。杂交构树是我们新培育的多用途经济生态树种，具有温度适应性广，遗传背景简单的特点，是研究木本植物低温应答机制的理想材料。本项目将对杂交构树低温应答磷酸化蛋白质组进行分析，构建杂交构树低温应答蛋白激酶/磷酸酶网络，挖掘网络中的枢纽蛋白，验证其功能和作用途径，分析磷酸化修饰位点对枢纽蛋白的调控作用，解析低温应答过程中的磷酸化修饰调控的机制。本项目的实施将为培育耐低温构树提供理论依据，同时，有助于对木本植物低温应答机制的深入研究，丰富对植物低温应答信号网络的认识。

低温是限制植物生长发育的重要因素之一，杂交构树具有较强的适应能力，但其对低温环境相对敏感，这对杂交构树种植区域及产量造成了一定的影响。本项目通过多种实验技术，构建了杂交构树低温应答磷酸化激酶/磷酸酶互作网络，挖掘到两个关键枢纽蛋白P1959和P1558，对其中的枢纽蛋白P1959(BpPP2C60)在低温应答中的作用进行了研究，鉴定到一个BpPP2C60的可能互作蛋白BpFLS2。结果表明 BpPP2C60 定位于质膜上，在杂交构树中过表达BpPP2C60的植株经过低温处理后显示出更高的耐寒性。此外，分别在拟南芥野生型和BpPP2C60同源基因AtPP2C19的突变体中异源表达BpPP2C60后，阳性植株经过低温处理后存活率也显著高于野生型和突变体，说明BpPP2C60可以提高植株的耐寒能力。初步鉴定了BpPP2C60的互作蛋白，为BpPP2C60作用机制的进一步深入研究奠定了基础。这些研究结果为了解木本植物耐寒性相关分子机制提供了线索，为进一步解析植物对低温的适应机制提供了新的思路，为培育低温耐抗性新品种提供了理论依据，具有重要的科学和应用意义。