脱落酸和细胞分裂素互作调控植物低温应答的分子机理

As an important environmental factor, cold stress limits plant growth and development, distribution and crop productivity. Abscisic acid is one of the most important hormones involved in stress responses. Our previous study showed cytokinin signaling negatively regulates freezing tolerance in Arabidopsis. However, the molecular mechanisms underlying the regulation of cytokinin and ABA in plant responses to cold stress remain unclear. In this study, we will investigate the transcriptional regulation of A-type ARR genes mediated by ABI proteins, and identify ABA responsive genes regulated by cytokinin signaling. Furthermore, the crosstalk of ABA and CK in modulating plant cold response will be explored, using biochemical, genetic and molecular approaches. This study will shed more light on the molecular basis of phytohormone regulatory networks on plant responses to adverse environment.

作为一个重要的外界环境因子，低温极大地限制了植物的生长发育、作物产量和植被的分布。脱落酸 (ABA) 是重要的植物逆境激素，ABA合成及信号通路被认为参与调控植物的低温应答；我们前期的研究工作发现细胞分裂素 (CK) 合成和信号在调控植物抗冻能力的过程中起着负调控作用，但ABA和CK调控植物抗冻性的分子机制仍不清楚。在本项目中，我们将通过分析ABA信号途径转录因子ABI3-ABI5对A型ARR的转录调控，寻找受CK信号调控的ABA信号途径下游靶基因，分析两条信号途径关键组分ABI和ARR在蛋白水平的互作等，研究ABA与CK信号组分之间的遗传和生化互作关系，以及它们互作调控植物应答低温胁迫的分子机制，这一研究将为阐明植物激素调控植物抗冻性的分子作用机理和信号网络提供有重要的线索。

2015年在重大研究计划集成项目的资助下，开展了植物激素细胞分裂素在植物响应低温胁迫中的作用研究。结果表明，低温能够抑制细胞分裂素信号通路活性，其中转录因子B型ARR通过调节植物激素茉莉素JA的合成基因的表达负调控植物的抗冻能力；遗传分析表明细胞分裂素负调控植物的抗冻能力部分依赖ABA通路。B型ARR与ABA信号通路关键的蛋白激酶OST1存在直接互作，抑制其激酶活性。受OST1蛋白激酶调控的下游ABRE结合转录因子ABI3和ABI4能通过抑制细胞分裂素信号负调控因子A型ARR的转录水平，反馈调控细胞分裂素信号通路。以上研究通过研究植物激素信号通路在低温应答过程中关键组分和交叉节点，揭示了细胞分裂素信号通路与茉莉素JA、脱落酸ABA信号通路之间存在相互交叉，共同调控植物的抗冻能力，为进一步完善低温逆境下的激素调控网络提供了重要的实验证据。