【摘 要】
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低温胁迫是限制水稻正常生长发育及种植分布的主要环境因素之一。低温胁迫可导致水稻在芽期、苗期、孕穗期、抽穗期和灌浆期等各个生育时期都产生危害。挖掘鉴定耐冷基因,揭示其分子遗传机制,可为水稻耐冷品种选育提供理论指导和基因资源。本研究前期利用全基因组关联分析（Genome wide association analysis,GWAS）,在水稻第1染色体鉴定到了一个受低温诱导下调表达的类钙调磷酸酶B蛋白互
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低温胁迫是限制水稻正常生长发育及种植分布的主要环境因素之一。低温胁迫可导致水稻在芽期、苗期、孕穗期、抽穗期和灌浆期等各个生育时期都产生危害。挖掘鉴定耐冷基因,揭示其分子遗传机制,可为水稻耐冷品种选育提供理论指导和基因资源。本研究前期利用全基因组关联分析（Genome wide association analysis,GWAS）,在水稻第1染色体鉴定到了一个受低温诱导下调表达的类钙调磷酸酶B蛋白互作蛋白激酶基因OsCTS1.8（Cold tolerance at seedling stage 1.8）。以此为基础,本研究对OsCTS1.8耐低温的生物学功能和分子调控机制进行了初步研究。主要结果如下:1.生物信息学分析表明,OsCTS1.8编码含丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Sn RK3）和类钙调磷酸酶B蛋白互作蛋白激酶（CIPK）结构域蛋白。OsCTS1.8蛋白含有461个氨基酸,分子量为51965.79 Da,分子式C2317H3698N646O676S17;存在1个跨膜结构,不存在信号肽;亚细胞定位预测定位在质膜上;系统进化分析发现OsCTS1.8与枣椰树的Pd CIPK5和菠萝的Ac CIPK5关系最近。2.OsCTS1.8基因在水稻组织中呈组成性表达,幼根中表达水平最高,成熟根和成熟叶中表达最低。OsCTS1.8受低温诱导表达,在耐低温品种和不耐低温品种表现相反的表达模式,且低温诱导表达模式受光照条件影响。黑暗条件下低温处理后,OsCTS1.8在耐低温日本晴品种中表达先迅速诱导上调后再下调,而在不耐低温品种93-11中表达受到抑制,下调表达。但是,光照条件下低温处理后,OsCTS1.8在耐低温品种中先下调再上调,在不耐低温品种93-11先上调再下调。3.利用过表达和CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了OsCTS1.8转基因水稻,对转基因水稻幼苗耐冷性表型鉴定,发现OsCTS1.8过表达转基因株系增强了水稻耐冷性,而基因编辑转基因水稻则降低了耐冷性。表明OsCTS1.8正调控水稻耐冷性。4.利用酵母双杂交鉴定了2个OsCTS1.8的互作蛋白基因OsCTS12.1和OsCTS12.2,两个基因都编码类钙调磷酸酶B蛋白。OsCTS12.1和OsCTS12.2在水稻组织中均呈组成性表达,OsCTS12.1在幼根中表达最高,成熟茎中表达最低;而OsCTS12.2在幼叶中表达最高,幼穗中表达水平最低。构建了OsCTS12.1和OsCTS12.2过表达和基因编辑转基因水稻。耐冷性表型初步鉴定表明,OsCTS12.2过表达转基因株系增强耐冷性,基因编辑水稻不同突变类型表型不同。OsCTS12.1基因编辑和过表达转基因株系与野生型无明显差异,有待进一步验证。本研究克隆鉴定了一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Sn RK3）和类钙调磷酸酶B蛋白互作蛋白激酶（CIPK）结构域蛋白基因OsCTS1.8正调控水稻耐冷性,为解析水稻低温耐性分子机制提供了新的证据支撑,也为水稻耐冷性分子育种提供了基因资源。
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