低温介导的CBF与赤霉素途径互作调控新疆扁桃花粉发育的机制研究

This project takes almond flowers of different cold resistance as materials, and is designed with these purposes: with methods of morphology, biochemistry, molecular biology and other relevant disciplines, analyze the relevance among the expression of CBF, the content of GA and the development of almond pollen, and identify the key points of low temperature and GA affecting the development of almond pollen; Through transcriptome analysis, establish the network system of almond pollen development in Xinjiang by the interaction and regulation of CBF and GA under low temperature; Besides, explore the regulation of CBF and GA on the development process of almond pollen under low temperature by combining the application of VIGS (virus induced gene silencing) system in the development of almond floral organs; and eventually make clear the molecular mechanism of regulating the development of almond pollen by way of CBF and GA interaction based on the heterologous transformation of tobacco.

本项目以不同抗寒性的扁桃花为材料，通过形态学、生物化学和分子生物学等方法对CBF表达与GA含量以及扁桃花粉发育之间的关联性进行分析，确定低温和GA影响扁桃花粉发育的关键环节；通过转录组分析，建立CBF和GA途径互作调控低温条件下新疆扁桃花粉发育的网络体系；并结合VIGS（virus induced gene silencing，病毒诱导的基因沉默）系统在扁桃花器官发育中的应用，探索CBF和GA如何调控低温条件下的扁桃花粉发育过程；最终通过异源转化烟草，明确CBF和GA途径互作调控花粉发育的分子机制。

近年来频繁出现的极端低温天气严重影响了新疆扁桃产业的发展，本项目以不同抗寒性的扁桃花为材料，通过形态学、生物化学和分子生物学等方法对CBF表达与GA含量以及扁桃花粉发育之间的关联性进行分析，旨在为扁桃的高产、稳产提供理论基础。研究结果表明，外源 GA3增加了花药腔室面积，花药生长速率从2.16 ng/d升高到2.74 ng/d，花粉萌发率从49.33%升高到67.66%，单花药花粉量从1624增加到1804。花药生长速率和总活性GA含量显著正相关；GA3处理组与CK组相比有89个差异基因，其中上调58个，下调31个；通过转录组分析，发现GA合成及信号传导通路调控扁桃花药发育，涉及到的激素生物合成和信号传导基因24个，转录因子6个，功能基因8个。可见GA通过影响其它5种激素通路及CBF信号介导的通路来调控扁桃花药发育。利用VIGS技术表明，低温处理后沉默效率显著的扁桃花瓣小且颜色浅，花芽和花药鲜重轻且小；沉默后AcCBF12片段和AcCBF14片段影响扁桃花器官表型指标的变化，花药抗寒指标含量也显著低于对照组。说明沉默低温后耐寒调控基因的表达受到抑制，其抗寒能力减弱。通过农杆菌介导法和植物组织培养技术获得400株转AcCBF1基因烟草。通过对转基因烟草进行4℃低温胁迫，发现该基因的相对表达量快速上升，在6 h时达到最高值，之后逐渐下降；转基因烟草叶片和同一花粉发育时期花药ABA、JA含量的上升幅度及GA、BR、IAA、ZT含量的下降幅度均小于野生烟草，其中四分体时期的花药内源激素变化幅度最大，花粉母细胞时期的变化幅度最小；（6）在转基因烟草的不同花粉发育时期进行4℃低温处理后，花粉萌发率呈现下降趋势。这些都说明，AcCBF1基因是扁桃的重要转录因子，在扁桃生长发育和抗寒反应中发挥了重要作用。