菊花逆境诱导转录因子DgSTH和DEAD-Box RNA解旋酶DgDBRH 提高耐寒机理研究

菊花是世界范围广泛栽培的切花和盆花种类，也是在我国大量生产应用的重要传统花卉。目前，菊花设施栽培中每年秋冬季节的生产能耗成为增加其成本的限制因素。已经明确，DREB1A基因能明显提高植物低温胁迫耐性，但其过表达会引起植株矮化、花期推迟等表型缺陷，使之不能成为最有效的耐低温分子育种候选基因。DREB1A下游基因的分离和鉴定是深入了解DREB调节子网络调节机制，确定无表型变化且显著提高植株抗逆性基因的有效手段。本课题在成功获得具有低温胁迫耐性菊花DREB1A转基因植株，并通过cDNA macroarray方法解析DREB1A下游基因增强转基因植株耐低温分子机理的基础上，筛选出低温胁迫早期诱导表达的2个转录相关基因DgSTH和DgDBRH作为候选基因，进行DREB1A下游重要基因的功能验证，旨在探讨DgSTH与DgDBRH在低温胁迫下的作用机理，为培育耐低温、节能耗菊花新品种提供有效的基因储备。

本研究在菊花中对逆境诱导转录因子DREB1A基因下游的2个转录相关基因DgSTH和DgDBRH进行了功能验证，探讨了其在非生物逆境下的作用机理。明确了，DgSTH基因为BBX家族的结构亚组 IV成员；DgSTH的表达主要集中在菊花的叶和花中，且受低温强烈诱导，受失水胁迫短暂诱导；在DgSTH启动子区域中包含了一些重要的响应非生物胁迫、光信号、激素以及组织特异性表达的顺式作用元件；DgSTH蛋白定位于细胞核内，并具有较强的转录激活活性，且其转录激活活性主要源自蛋白C端的转录激活能力；DgSTH蛋白的积累受低温和渗透胁迫诱导，在响应非生物胁迫，增强非生物胁迫耐性方面起重要的作用。并在调节开花时间方面起负调控作用；DgSTH通过上调一系列信号蛋白、蛋白激酶、渗透调节物质、解毒酶，以及次生代谢相关基因表达增强非生物胁迫耐性；通过调节光周期途径、赤霉素途径以及一系列MADS-box基因的表达调控开花时间。明确了，DgDBRH基因属RNA解旋酶类转录因子；该蛋白定位于细胞核中，在拟南芥和菊花中过量表达，可引起转基因植株对低温、干旱等非生物胁迫的耐性；且发现过量表达可引起转基因植株生物量、节间长度、根系长度等表性变化，且DgDBRH对拟南芥根系发育的抑制作用可被赤霉素恢复。本研究在解析DgSTH和DgDBRH功能方面取得了重要进展，发现了DgSTH不仅具有提高非生物逆境胁迫的抗性功能，且可通过调节菊花对光周期的不敏感性而影响开花时间，为培育耐低温、节能耗、可周年花期调控的菊花新品种提供了有效的基因储备，对菊花育种和栽培生产具有应用意义。研究的阶段结果拟发表在SCI刊源Plant Physiology（IF=6.4）上的论文“DgSTH, a Double B-Box Transcription Factor Is Involved in the Regulation of Abiotic Stress Tolerance and Flowering time in Chrysanthemum”正在投稿中。拟发表在SCI刊源Journal of Experimental Botany（IF=5.2）的论文“Function Analysis of DgDBRH on Abiotic Stress Tolerance in chrysanthemum”也正在投稿中。