OsICE1转录因子增强水稻抗冷性的机理与应用研究

低温冷害影响植物生长发育的各个时期，对农业产量和品质造成严重损失，提高植物、尤其是作物对冷害的耐受具有重要意义。我们前期工作表明在水稻中过量表达拟南芥AtICE1可以提高水稻的抗冷性，同时我们已从水稻中克隆了拟南芥AtICE1的同源基因OsICE1，OsICE1编码bHLH类型转录因子。本项目拟通过在水稻中过量表达OsICE1来增强水稻对冷胁迫的耐受，同时对转基因植株与对照植株进行冷胁迫处理前后转录水平和蛋白质水平的表达谱分析，揭示在冷胁迫过程中受OsICE1转录因子调控的基因和蛋白质，解析OsICE1介导水稻抗冷的主要代谢途径和调控网络。本研究将为理解OsICE1在水稻抗冷分子机制中的作用、为培育抗冷转基因水稻种质奠定基础。

寒冷是限制许多植物物种地理分布和生长状态的环境因子。低温冷害是植物经常遇到的一种灾害，在植物生长发育的各个时期均会造成不利影响，并对作物产量和品质造成严重损失。因此研究植物，特别是作物的冷害及其抗冷性机制非常重要。ICE1(Inducer of CBF Expression 1)，是一类MYC型的basic helix-loop-helix转录因子，在植物响应冷胁迫过程中发挥重要作用。本课题通过转基因技术获得了水稻OsICE1过量表达的转基因株系和反义表达的转基因株系，并从表型、生理和分子表达等方面分析了OsICE1基因在水稻抗冷性中的作用。研究发现（1）在形态方面：冷胁迫下，过量表达的转基因植株的株高、生物量和存活率均高于非转基因植株和反义表达的转基因植株；（2）在生理指标方面：冷胁迫下，过量表达转基因水稻植株的净光合速率约是反义表达的转基因植株和非转基因植株的两倍，且其受低温影响的变化程度小于非转基因植株；低温胁迫对过量表达的转基因植株叶绿体PSⅡ的光化学效率的影响也小于非转基因植株；而过量表达转基因植株叶片的相对电渗率低于非转基因植株和反义表达的转基因植株；（3）在基因和蛋白质的表达方面：冷胁迫处理诱导了转基因水稻植株与非转基因植株幼苗叶片中一系列基因和蛋白质的表达发生变化，这些基因和蛋白质主要涉及到信号转导、光合过程、防御应答、氧化还原平衡、代谢、蛋白质合成与降解、离子转运等生命活动过程。综合上述OsICE1转基因植株和非转基因植株冷胁迫下的表型、生物量、生理和分子表达等方面的结果可推测，水稻植株受到冷胁迫时，通过ICE1基因介导了一系列基因或蛋白质的表达变化，从而调节了包括信号转导、膜透性和离子转运、光合作用过程、氧化还原平衡等代谢途径的状态，进一步调节了包括能量、氨基酸和糖等代谢过程，并通过调节光合效率、膜通透性等生理状态影响植株的生长发育及其形态，以适应冷胁迫环境，减缓冷胁迫对植株的损伤；进而增强了OsICE1介导的水稻对冷胁迫的耐受性。