微管结合蛋白MAP18在拟南芥适应低温胁迫过程中的功能

如果新的调控植物生长机制应用到低温胁迫研究中，无疑将极大推动低温下植物生长发育的研究进展。近年来，人们新发现周质微管通过调节细胞生长影响植物生长，然而目前未见其扩展到低温胁迫的研究领域。本项目以拟南芥微管结合蛋白MAP18通过调控周质微管动态和排列参与细胞生长过程为理论基础，首先研究MAP18对低温的响应及表达模式；然后以MAP18过表达、RNAi和突变体为对象，依次研究低温下其生长发育状况、细胞形态和大小变化及细胞内周质微管的动态和排列变化。通过上述研究内容，最终明确低温下MAP18调控周质微管过程，分析调节细胞生长机制，进而说明影响植物生长发育的作用及其机制，同时结合MAP18的表达模式，阐明MAP18在拟南芥适应低温胁迫过程的功能。本项目首次将周质微管深入低温下植物生长机制的研究中，将为低温下植物生长机制的研究拓展一个新的研究领域，提供重要的科学理论依据，因此具有十分重要的科学意义。

低温是影响植物生长发育的最主要的环境胁迫因子之一，严重地影响着农作物的产量和品质。因此，利用生物技术手段研究植物适应低温胁迫的机制，从而提高植物的低温耐受力具有重大的科学和生产实践意义。通过药理学研究发现，微管骨架的动态变化在植物适应低温的过程中起重要作用。微管结合蛋白是调节微管动态变化的主要因子，然而，目前尚未见任何微管结合蛋白调控植物耐低温性作用的研究报道。.AtMAP18是一种去微管稳定的微管结合蛋白，本项目以拟南芥野生型、AtMAP18过表达和RNAi植株为试验材料，通过明确低温下微管结合蛋白AtMAP18的表达模式，观察低温下拟南芥野生型、AtMAP18过表达和RNAi植株的形态以及微管的动态变化，测定低温下低温响应基因的表达量变化，从而揭示低温下微管结合蛋白AtMAP18的功能。主要结果如下：.1. 在低温下，野生型拟南芥子叶、根、真叶和花中AtMAP18的相对表达量均明显升高。.2. 在正常条件下，拟南芥AtMAP18过表达和RNAi植株在叶片数、叶面积和主根长上与野生型比无显著差异。在低温胁迫下，AtMAP18过表达植株的长势明显比野生型好，表现在叶片数增多、叶面积变大、主根长变长；AtMAP18 RNAi植株的长势则相反，与野生型比叶片数减少、叶面积变小、主根长变短。.3. 在低温下，与野生型相比，AtMAP18过表达拟南芥植株子叶中的微管解聚更加明显，而AtMAP18 RNAi植株子叶中的微管则一直处于稳定状态。.4. 在低温下，野生型拟南芥植株中CBF2、COR15A、COR15B、KIN1、KIN2、RD29A和HAB1这7个基因表达量升高。与野生型相比，AtMAP18过表达植株中这7个基因表达水平更高，而AtMAP18 RNAi表达水平低。低温处理下ICE1和HOS1只在野生型中表达升高，AtMAP18过表达和RNAi植株中没有明显变化。.总之，微管结合蛋白AtMAP18可以被低温诱导，进而调节微管的动态变化。在低温下，AtMAP18的过表达诱导低温响应基因的表达，有利植株生长，提高了拟南芥适应低温胁迫的能力，反之，AtMAP18的缺失无法诱导低温响应基因的表达，影响植株的生长，降低了拟南芥对低温的适应能力。研究结果说明微管结合蛋白AtMAP18参与拟南芥适应低温胁迫的过程，并起重要的作用。