低温胁迫是植物生长过程中遇到的最主要的环境胁迫之一,它影响植物的生长发育、地理分布和作物产量。高山离子芥是代表性的高山冰缘植物之一,具有先锋植物的特点,能适应低氧分压,冰冻和强紫外线辐射的环境,尤其是高山冻融过程中剧烈的气温波动是其最典型的适应环境,因此是植物抗逆机理研究的最佳材料。本实验以高山离子芥为研究对象,利用蛋白质组学的技术,鉴定了高山离子芥低温诱导蛋白,并克隆分析这些蛋白基因的结构特征以及基因表达的特点,并通过转基因过表达的方式研究这些蛋白在低温胁迫中的功能。取得了以下研究成果：1.建立了高山离子芥叶片可溶性蛋白的双向电泳体系,得到了重复性好的高山离子芥双向电泳图谱。对低温胁迫下表达水平升高最大的4个蛋白点进行了质谱鉴定。2.高山离子芥叶片低温下表达量上调最大的4个蛋白质中,两个是基因转录后调节蛋白：富含甘氨酸的RNA结合蛋白(Glycine-rich RNA binding protein, GRP)和乙烯应答型DEAD-box RNA解旋酶(Ethylene-responsive DEAD box RNA helicase, EDRH)。一个钙网质蛋白(Calreticulin, CRT),它是Ca2+结合蛋白,在Ca2+的信号转导中发挥作用。另一个是未知功能的半胱氨酸型肽酶(Cysteine-type peptidase, CTP)。说明基因的转录后调节和Ca2+信号转导与高山离子芥低温胁迫应答密切相关。3.根据质谱信息,克隆出了一个高山离子芥富含甘氨酸的RNA结合蛋白基因(CbGRP)。 CbGRP全长cDNA由1120bp构成,包含一个528bp的编码区,预测编码一个176个氨基酸的蛋白,分子量(Mw)为16.7kD,等电点(β1)为5.43为。CbGRP蛋白含有所有GRP蛋白的特征原件。此蛋白与拟南芥的AtGRP7高度同源。4. CbGRP基因在-4℃、4℃、ABA和盐胁迫下的转录水平都是上调的。说明,CbGRP是多种胁迫应答基因,其转录受到ABA的调控。5.构建了CbGRP转基因烟草再生植株。抗冻实验显示,CbGRP转基因烟草的抗冻能力高于非转基因植株。通过低温胁迫下的抗冻生理指标的测定验证CbGRP的功能。结果显示在低温胁迫下：CbGRP转基因烟草相对电导率显著性低于野生型烟草有,说明转基因烟草的膜稳定性要高于野生型烟草；转基因烟草的脯氨酸含量显著高于野生型烟草,说明转基因烟草能积累较多的渗透调节物质脯氨酸,从而提高了抗冻能力；转基因烟草丙二醛含量的增幅显著低于野生烟草,说明转基因烟草膜脂过氧化的程度较低。证明了CbGRP基因在植株受到低温胁迫时能对植物组织和细胞起到保护作用,具有提高植物抗冻性的功能。6.根据质谱信息,获得了高山离子芥钙网质蛋白基因(CbCRT)。 CbCRT全长cDNA由1561bp组成,编码区长1272bp,编码424个氨基酸的蛋白,分子量(Mw)48kD,等电点(pI)为4.3。CbCRT蛋白具有CRT蛋白的所有特征原件。该基因与拟南芥CRT1同源性最高。7. CbCRT基因在-4℃、4℃、ABA和盐胁迫下的转录水平都是上调的。说明CbCRT是多胁迫应答基因。而且CbCRT的转录受到ABA的调控。