基于表达谱的山葡萄抗寒调控研究

提高抗寒性是葡萄育种中的重要目标，但是目前对葡萄抗寒的分子机理研究甚少。山葡萄是葡萄属中最抗寒的种。本项目选用抗寒性强的山葡萄、抗寒性弱的欧亚种'玫瑰香'、以及它们的抗寒性强的后代'北红'为材料，通过对照和冷处理后的表达谱标签测序，弄清冷胁迫下山葡萄，'玫瑰香'和'北红'的表达谱变化特点；通过研究山葡萄和'北红'在冷胁迫下与'玫瑰香'之间表达谱变化的异同来寻找山葡萄特异的冷胁迫相关基因；通过研究山葡萄、'玫瑰香'和'北红'冷、冻胁迫处理后差异表达基因的动态变化，筛选冷冻胁迫密切相关基因；利用拟南芥转基因系统来验证其功能。从而揭示山葡萄抗寒信号应答网络特点，期望明确与山葡萄抗寒性密切相关的重要基因，为进一步利用山葡萄资源、开发新的抗寒分子标记用于辅助育种、利用转基因技术定向改良葡萄品种的抗寒性等工作提供理论基础。

本项目针对我国葡萄栽培中的抗寒问题，选取了抗寒能力强的野生山葡萄（Vitis amurensis），抗寒能力弱的欧亚种（V. vinifera）‘玫瑰香’葡萄以及山葡萄和‘玫瑰香’葡萄杂交后代‘北红’为主要研究材料。目前完成了冷处理下表达谱测序，转录组变化特点分析，差异基因定量PCR验证，转录因子序列克隆，拟南芥转基因功能验证等工作。主要结论有：1）发现山葡萄与‘玫瑰香’在冷胁迫下可能存在不同的响应模式。二者在冷胁迫下转录组变化呈现不同趋势，‘玫瑰香’比山葡萄存在更多的差异基因；差异基因的功能分类表明代谢、转运、信号转导等通路基因在山葡萄中的表达变化要大于‘玫瑰香’；部分转录因子在两个材料中具有共同变化趋势，表明其在葡萄耐寒信号通路中有重要作用，但数个转录因子在两种材料中对冷胁迫响应存在差别，暗示两种材料在冷信号的响应过程存在差异。2）完成了20个基因在2种材料多个冷胁迫温度时间点的表达模式分析，克隆了10个在山葡萄冷胁迫下大量表达的转录因子，得到了编码区全长，构建了过表达转基因载体，得到了部分拟南芥转基因纯合植株，目前正在开展转基因植株的抗寒性鉴定。3）克隆了VaCBF4、VvICE1a、VvHOS1、VaWRKYs等冷胁迫相关基因，通过转拟南芥过表达植株证实了CBF4、ICE1、VaWRKYs具有增加植物抗寒旱的功能，而HOS1对抗寒旱具有负调控作用。本项目全面完成了研究任务，初步揭示了山葡萄在冷胁迫早期的转录组变化特点和与抗寒性较差的‘玫瑰香’葡萄之间的区别，克隆了数个和山葡萄抗寒性密切相关的基因，为进一步研究山葡萄抗寒机理奠定了基础。