黄瓜G蛋白α亚基GPA1 基因的表达、定位及抗低温性的功能分析

Cucumber (Cucumis sativus L.) often encounters low temperature stress during cool-season greenhouse production, leading to a decreased yield. Heterotrimeric G protein, as an important transmembrane signal transduction protein, may play a key role in the signal transduction pathways in response to low temperature. It has been proved that G protein alpha subunit GPA1 gene does response to low temperature (6℃) stress in the leaves of cucumber seedlings in our preliminary experiments. This project intends to research on the characteristics of G protein alpha subunit gpa1 gene and the related molecular mechanism of chilling tolerance in cucumber (cv. Xintaimici). Multi-dimensional molecular biology technologies, for example immunohistochemical localization, subcellular localization, bimolecular fluorescence complementation and cucumber genetic transformation technology, would be applied, in order to provide both theoretical basis and technical support for the investigation on improving chilling tolerance of cucumber, and to provide a new idea for the development of new chilling resistant cucumber varieties.

黄瓜(Cucumis sativus L.）在设施生产中时常遭遇冬季低温,而限制其产量。异源三聚体G蛋白作为植物重要的跨膜信号转导蛋白，在应答低温的信号转导途径中起到极其重要的作用。本项目在已初步探明黄瓜幼苗叶片G蛋白α亚基GPA1基因会响应低温胁迫基础之上，拟以黄瓜“新泰密刺”为试材，采用免疫组化定位、亚细胞定位、双分子荧光互补、黄瓜遗传转化等技术从分子生物学水平研究黄瓜G蛋白α亚基GPA1基因的特性和在黄瓜耐低温胁迫方面的分子机制，从分子生物学角度为研究如何提高黄瓜耐低温能力提供理论基础和技术支持，对培养黄瓜抗逆新品种提供了新的思路。

黄瓜作为我国设施栽培中的主要蔬菜作物，其在设施生产中遭遇冬季低温是限制其产量的重要因素。植物G蛋白是由三个不同亚基组成的异源三聚体，参与植物对胁迫的响应。GPA1的特性及相关功能在拟南芥和水稻中均已研究，但是黄瓜中G蛋白α亚基的特性及相关功能的分子机制尚缺乏相关研究。.（1）编码G蛋白α亚基的基因在黄瓜中仅有一个CsGPA1，是单拷贝基因。qRT-PCR的试验结果表明，在各器官组织中均能检测到CsGPA1基因的表达，其在根中的表达量相对最高，其次为幼叶，而CsGPA1在其它的器官组织，如成熟叶、茎、雌花、雄花和果实中转录水平均较低。.（2）免疫组织化学定位结果表明，CsGPA1蛋白在黄瓜的叶柄、茎和根尖中均有表达。主要存在于茎的内外韧皮部和根尖的分生组织中，尤其是根尖的分生组织表皮细胞中。亚细胞定位结果表明CsGPA1是定位于细胞质膜上的跨膜蛋白。.（3）通过测定野生型（WT）、过表达CsGPA1（OE）株系和干扰（RNAi）株系中种子萌发率和幼苗的形态指标得出：黑暗条件下，过表达CsGPA1可以促进黄瓜种子萌发和早期幼苗的生长；反之，干扰CsGPA1则抑制了幼苗的生长。黑暗条件下， CsGPA1正调节种子萌发，并参与黑暗条件下黄瓜早期幼苗的生长。.（4）低温（6 ℃）处理60 h后发现， CsGPA1-RNAi株系植株叶片出现更加明显的失水及萎蔫表型，低表达水平的CsGPA1能够减弱植株自身对低温的抵抗能力。同时，应用分裂泛素酵母双杂交和GST pull down技术证明CsWCOR413PM和CsGPA1相互作用，可能共同参与低温胁迫的响应。.本研究克隆得到了黄瓜中编码G蛋白α亚基的基因CsGPA1，通过亚细胞定位、免疫组织化学定位及检测CsGPA1的表达模式，初步探明了其在黄瓜低温胁迫下的生理分子机制。.