烟草冷响应CBF基因的功能鉴定及分子机理研究

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烟草(Nicotiana tabacum L.)是重要的研究模式植物,也是全世界重要的经济作物。早春季节烟草移栽后频繁发生低温危害,即“倒春寒”,导致幼苗受害、大田前期生长缓慢以及发生早花现象,严重引起烟叶产量和品质的波动,已成为烟叶生产中的突出问题。本研究将通过同源克隆的方法深入挖掘耐低温基因,加强烟草耐低温信号转导途径的研究,并在此基础上进行低温模块的基因编辑研究,以期获得具有耐低温性状的烟草新品种。对烟草CBF基因进行基因克隆、功能验证以及分子调控途径初步解析,为发掘可用于烟草分子育种的烟草基因资源和烟草功能基因组学研究奠定基础。通过研究主要得到以下研究结果:一、鉴定得到21个栽培烟草中的CBF基因,通过冷处理前后的表达分析,发现12个CBF受到冷诱导表达。分析了 5个CBF基因的亚细胞定位,发现CBF1、CBF7和CBF9定位于细胞核上,CBF3和CBF16定位于细胞核和细胞膜上。二、对CBF1和CBF9的超表达载体进行了表型鉴定,和其他植物中的研究结果一致,CBF基因提高了烟草的耐冷性。三、通过酵母双杂交筛选酵母文库,获得了 80个可能与CBF9互作的候选基因。利用酵母双杂一对一验证、pull-down,双分子荧光互补试验确认了 XM016608935和XM016629012在体外和体内均可以与CBF9发生互作。四、利用转录组测序,筛选到CBF9调控的下游靶基因,GO分析发现这些基因主要富集在叶绿体、质体等GO term中。KEGG富集分析发现这些基因主要富集在光合作用,植物激素信号转导、柠檬酸循环(TCA循环)等途径中。
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