赤桉ICE1调控低温胁迫响应的分子机理研究

ICE1 (inducer of CBF expression 1) encodes a MYC-like bHLH transcriptional activator, can bind to CBF3 promoter, and induces the expression of CBF3 and its downstream genes during cold acclimation. Therefore ICE1 plays important roles in the response of plants under cold stress.On the basis of former molecular analysis of Eucalyptus ICE1 gene(EcaICE1) from cold-resistant E. camaldulensis clone 103, we will further discover the gene regulatory network and its molecular function of EcaICE1 under low temperature stress.The expressional and structural character of EcaICE1 will be confirmed from expression pattern, gene localization and protein interaction by the methods of molecular biology. The gene regulatory network and its molecular function of EcaICE1 will be studied from the phenotype, physiotype and trascript expression profiles of plants of wild, overexpression and RNAi expression, to discuss the gene regulation under cold stress and molecular mechanism of cold tolerance, with the methods of mRNA blot and DNA chip. The purpose of this study is to discover the gene regulatory network and its control by EcaICE1 and to present one model of EcaICE1 regulation of cold signaling and tolerance from the cell and molecular levels, which may provide important information not only for the molecular biological research of cold resistance but also for the genetic improvement of cold resistance in Eucalyptus and other forest trees.

本项目拟以选育出耐寒性强的赤桉103为主要试材，在已初步分析转录因子EcaICE1基因的分子功能基础上，进一 步研究EcaICE1调控低温胁迫应答的基因网络及其功能分析。运用分子细胞生物学、分子生物学等理论和技术体系，研究目的基因EcaICE1在赤桉中的时空表达和基因定位以及功能互作，明确EcaICE1蛋白的表达和功能特性。同时利用赤桉超表达、amiRNA干扰表达等手段，从野生型、超表达、缺失突变体赤桉的形态结构、生理生化及分子变化等角度入手，结合mRNA、基因芯片分析，研究EcaICE1调控植物低温胁迫应答的基因网络及其功能，从中探讨EcaICE1的抗寒功能及其调控机理。上述这些研究的目的是从细胞及分子水平上弄清转录因子EcaICE1在植物低温胁迫中的调控基因网络，建立EcaICE1调控低温胁迫基因应答途径的理论模型，为研究桉树抗寒机制及遗传改良奠定基础，具有重要的理论意义。

ICE1是植物耐低温胁迫的关键性转录因子，本项目以赤桉103为试材，运用分子细胞生物学、分子生物学和生物信息学等理论和技术体系，研究目的基因EcaICE1的时空表达和基因定位以及蛋白互作，明确EcaICE1的表达和功能特性；同时结合表型形态、生理生化测定和分子变化等方面，研究EcaICE1在植物低温胁迫中的分子调控功能。首先通过低温胁迫的转录组分析，初步弄清了部分相关的上下调基因差异表达特征；通过定量PCR和亚细胞定位，证实了EcaIcE1是组成型表达，且其定位于细胞核。转录激活试验表明，第84-126个氨基酸区域是EcaICE1转录激活区；使用双荧光分子互补证实赤桉EcaICE1和EcaSIZ1、EcaHOS1可以在细胞核内发生蛋白互作；酵母双杂技术分析结果显示，EcaICE1蛋白C端的第361-557个氨基酸区域是其与EcaSIZ1互作的关键区域，EcaICE1蛋白N端的第126-185个氨基酸区域是其与EcaHOS1互作的关键区域；通过点突变和酵母双杂技术分析，证实第158位的S氨基酸是EcaICE1与EcaHOS1蛋白互作的关键磷酸化位点；拟南芥ice1突变体与野生型在苗期的表型、叶绿素光合特性存在一定差异，但基因表达类似。上述这些研究的目的是从细胞及分子水平上弄清转录因子EcaICE1在植物低温胁迫中的调控基因网络，建立EcaICE1调控低温胁迫基因应答途径的理论模型，为研究桉树抗寒机制及遗传改良奠定基础，将具有重要的理论意义和广泛的应用前景。