菊花bHLH转录因子家族成员BEEL1调节菊花低温胁迫耐性的机理解析

Chrysanthemum is an important commercial ornamental crops with highly ornamental and economic value. In the north of China, chrysanthemum production relys on artificial heating due to the low temperature of late autumn, winter and early spring. It greatly increase the cost of production by large energy consumption and serious pollution. Therefore, dissecting the mechanism of cold stress tolerance, and breeding the chrysanthemum cultivars with strong cold stress tolerance is important for cutting the cost of chrysanthemum production. Our previous work demonstrated that brassinosteroids (BR) treatment can enhance cold stress tolerance of chrysanthemum plants, and bHLH family member CmBEEL1 was up-regulated by low temperature or BR treatment. Here, we aim to explore the function and mechanism of CmBEEL1 involved in cold stress tolerance at trancriptional levels. Our work will demonstrate the molecular mechanism of cold stress tolerance by BR pathway, and excavate candidate genes for molecular breeding of chrysanthemum cultivars with strong cold stress tolerance, but no unwanted phenotypic changes.

菊花是世界上最重要的观赏作物之一，具有很高的观赏和经济价值。我国北方地区晚秋、冬季以及早春的低温，使得菊花生产必须依赖人工加温，能耗大且污染严重，极大地增加了生产成本。因此，认知菊花的低温胁迫耐性机理，培育耐低温菊花新品种，对于我国菊花产业发展具有重要的实践意义。申请者前期的研究发现，油菜素内酯（Brassinosteroids，BR）处理能够增强菊花植株的低温胁迫耐性，同时bHLH家族成员CmBEEL1的表达受低温及BR处理显著上调。本研究拟在此基础上进一步对CmBEEL1在低温耐性上的功能进行探究，解析其在转录水平上的作用机制，从而初步阐明CmBEE1参与BR调节低温胁迫耐性的作用机制，为培育具有较强低温胁迫耐性且没有表型缺陷的菊花新品种提供基因储备。

本研究从菊花低温胁迫和BR响应转录组中数据库中筛选到响应低温的BR信号成员CmBEEL1，通过基因功能鉴定、上下游基因及互作因子的筛选分析，探讨CmBEEL1影响菊花生长发育的调节机制，进而为培育非生物胁迫耐性强、光周期不敏感菊花新品种提供基因储备。主要结果如下：.1）克隆得到编码271个氨基酸BR信号成员基因CmBEEL1，其在叶中表达较高，同时，夜间表达量要高于白天，在花芽分化期和花蕾显色期有上调表达。亚细胞定位发现其定位于细胞核中。.2）通过基因遗传转化，筛选获得7个CmBEEL1过表达株系和6个RNAi沉默株系。表现观察发现，与WT相比，过表达株系株高降低、分枝数变少，而RNAi株系分枝数较多。RNAi株系表现出明显的早花表型，在长日照培养下30天即现蕾。同时我们还发现亚低温生长条件下，与WT相比，RNAi株系表现出较多的舌状花层数，而过表达株系舌状花层数减少。.3）下游基因分析发现，CmBEEL1 影响了年龄成花途径的CmSPL3和CmSPL5的表达。酵母双杂交文库筛选获得90个阳性克隆，其中有3个转录因子，经验证，CmBEEL1与GA信号关键因子DELLA互作。.综上，CmBEEL1可能通过GA信号和年龄途径影响菊花生长发育。