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低温是严重影响植物的生长和发育,限制农作物分布和产量的重要非生物胁迫之一。随着全球气候的恶化,低温可造成的大量的农业减产,解决因低温造成的粮食减产和提高农作物的抗冻性显得尤为重要。因此,加强对植物抗冻性机理的研究,通过遗传和分子手段提高植物的抗冻性,是现代农业生产研究的重要课题之一。许多植物包括拟南芥在经历过非冻的低温诱导下可增强对冷的耐受性,此过程称冷驯化。大量的研究表明,在拟南芥的冷驯化中起核心作用的是C-repeat-binding factors or dehydration response elments (CBF/DREB1)转录因子,它可激活下游的目标基因,发生了大量的生理生化改变,提高植物的抗冻性。高山离子芥(Chorispora bungeana)是多年生高山冰缘植物,尽管与拟南芥在种属关系相近,但抗冻能力远远高于拟南芥,无论是从形态学方面还是转录组分析结果来看,高山离子芥与拟南芥在抗冻性机理方面并不相同。所以理解并弄清高山离子芥的抗冻机理十分重要。本实验通过RACE技术从高山离子芥中克隆获得两个CBF同源基因,基因号是：KJ447117.1和KJ447118.1。序列比对表明它们与拟南芥CBFl和CBF2具有较高的同源性,分别命名为CbCBFx1和CbCBFx4。为了研究CbCBFx1基因的调控,又通过Tail-PCR克隆lkb大小的CbCBFx1启动子,序列分析表明CbCBFx1启动子上的顺势作用元件(cis-acting element)与拟南芥CBF2启动子相似,而且还包含CBF2启动子上的的ICEr1和ICEr2关键冷反应区域。RT-PCR分析基因的表达和启动子连接GUS基因的表达,表明了这两个基因都能被低温诱导,除此之外,CbCBFx1还可被干旱、脱落酸和NaCl诱导表达。通过农杆菌浸花法,分别获得了过表达CbCBFx1和CbCBFx4转基因拟南芥株系,并进行了RT-PCR检测合适目的基因的表达量,最终确定合适的转基因拟南芥株系。我们通过这两种转基因拟南芥来研究CbCBFx1和CbCBFx4的功能。测定过表达CbCBFx1和CbCBFx4转基因拟南芥叶片的半致死温度(half lethal temperature, LT50)可了解植物的抗冻性。在非冷驯化下,野生型拟南芥Col-0的LT50是-4.05℃,过表达CbCBFx1转基因拟南芥的LT50可达到-7.5℃,过表达CbCBFx4转基因拟南芥的LT50可达到-6℃,这两种转基因拟南芥抗冻性明显高于Col-0,值得注意的是,它们的抗冻性是随目标基因表达量升高而提高的。在冷驯化下,过表达CbCBFx1转基因拟南芥的LT50可提高至-11℃,Col-0的LT50是-8℃,说明了在冷驯化下过表达CbCBFx1转基因拟南芥的抗冻性也高于拟南芥Col-0,但是过表达CbCBFx4转基因拟南芥的LT50只有-8.5℃,其抗冻性与Col-0相差不大。除此之外这两种转基因植株的耐盐性均有提高。生理分析表明,与拟南芥Col-0相比两种转基因可溶性糖和脯氨酸含量都有提高。在表性方面,过表达CbCBFx1明显抑制拟南芥的生长和发育,与拟南芥Col-0相比,表现为植株矮小,叶片堆叠,叶毛浓密,叶片颜色发绿,抽薹变晚。但是过表达CbCBFx4对拟南芥的生长并没有明显的抑制,更多的体现了对叶片生长的干扰,表现为叶片边缘卷曲,颜色发微黄。总之,本论文通过研究高山离子芥CbCBFx1和CbCBFx4基因在拟南芥中的功能,最终确定了这两个基因对高山离子芥的抗冻性方面起着重要的作用。