耐辐射异球菌冷激蛋白基因对拟南芥抗逆性影响及其分子机理研究

Cold shock proteins ( Csp) is a kind of protein which have highly homologous sequence and related structure (including cold shock structure domain, CSD). Csps in microbial, which is considered maybe as a kind of Molecular chaperone, can regulate intracellular protein expression in three levels: gene transcription, mRNA stability and translation, and participate in cell processes such as osmotic stress, pigment regulation and nutrient stress regulation et al. Studies show that corn drought resistance and antifungal resistance can be improved when trans cold shock protein gene of E. coli and Bacillus subtilis into the corn. Deinococcus radiodurans belongs to the Deinococcaceae,a family of bacteria characterized by an exceptional ability to withstand the lethal effects of DNA-damaging agents, including ionizing radiation, ultraviolet (uv) light, and desiccation This research will be proposed to trans the gene coding cold shock protein of super bacteria-Deinococcus radiodurans into the model plant arabidopsis thaliana, observe change of Arabidopsis resistance, and study related mechanism by the Transcriptome data analysis etc. This study has an important significance in the development and utilization of radiation -resistant microbial gene resources, development new plant species.

冷激蛋白（cold shock protein, Csp）是广泛存在于生物体内的一类小的序列和结构上高度同源（含冷激结构域，CSD）的蛋白。在微生物中冷激蛋白更受关注，被认为可能是一种分子伴侣，在基因转录、mRNA稳定性和翻译水平三个层面上对细胞内的蛋白表达进行调控，参与渗透胁迫、色素调控和营养胁迫调控等细胞过程。有研究表明大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的冷激蛋白基因转入玉米后，可以提高玉米的抗旱及抗真菌的抗性。耐辐射异球菌是具有极强的电离辐射、紫外线辐射及多种DNA损伤试剂的抗性，并且具有极高的耐旱能力的超级细菌，本研究拟将耐辐射异常球菌编码冷激蛋白的基因转入模式植物拟南芥中，检测其对拟南芥抗盐、耐旱等抗逆性的影响，并利用逆境胁迫下转录组差异分析结合实时定量等方法探讨该基因转入后对拟南芥抗逆性影响的有关分子机理。本研究对于开发利用耐辐射微生物的基因资源、植物新种质的创立有重要意义。

耐辐射异球菌是具有极强的电离辐射、紫外线辐射及多种DNA损伤试剂的抗性，并且具有极高的 耐旱能力的超级细菌；冷激蛋白被认为可能是一种分子伴侣，在基因转录、mRNA稳定性和翻译水平三个层面上对细胞内的蛋白表达进行调控，参与渗透胁迫、色素调控和营养胁迫调控等细胞过程。有研究表明大肠杆菌和 枯草芽孢杆菌的冷激蛋白基因转入玉米后，可以提高玉米的抗旱及抗真菌的抗性。本研究将耐辐射异常球菌编码冷激蛋白的基因转入模式植物拟南芥中，经抗性筛选、特定基因PCR,半定量PCR检测获得纯合的转基因拟南芥，逆境胁迫实验证明耐辐射异常球菌编码冷激蛋白的基因经能增加拟南芥抗盐性，分析在100mM的NaCl胁迫下的野生型拟南芥及转基因拟南芥转录组差异，差异基因有876个，其中211个基因上调，665个基因下调，通过KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）数据库分析，差异表达基因按主要涉及植物激素信号途径和苯丙烷生物合成通路，其中植物激素信号传导通路中八个途径中有26个基因发生变化；盐胁迫后转基因株系脯氨酸、POD酶活、CAT酶活增加幅度显著高于野生型，本研究表明耐辐射异常球菌编码冷激蛋白的基因转入拟南芥后，主要通过改变植物信号传导系统的基因表达，影响拟南芥的抗应激反应，从而能提高拟南芥的抗盐特性。本研究对于开发利用耐辐射微生物的基因资源、植物新种质的创立有重要意义。