新疆扁桃耐寒基因CBF1在花粉发育中的功能及其花粉发育避寒机制研究

Low temperature is one of the most important environmental stresses and limiting factors for pollen development and yield. Recent years, extreme low temperature weather was frequently occurred at pollen development stage of almond in Xinjiang, which influenced the almond industry development. After long-term study for almond, we found that there were close links among cold-resistance ability of almond flower bud, pollen fertility and SNPs of almond CBF1 gene, but they were not clearly understood. There were many differences between different almonds in the anther structures and the patterns of pollen development, which was still unclear in cold-tolerance process. Based on former studies, we will further analyze the differences of almond anther structure and pollen development using cytological methods and biochemical methods to reveal the cold-resistance mechanism of almond at pollen developing stage. We will identify and characterize the functions of almond CBF1 genes with different SNPs, and analyze the diversities of pollen fertility in almonds, to explore the functions and regulation network of almond CBF1 gene during pollen developing stage. Our results will provide basic information for cold-resistance mechanism of male organ development of woody plant and regulation mechanism of CBF1 gene at pollen developing stage.

植物花粉的发育过程遭遇低温会引起花粉不育，并使产量明显降低。最近几年，新疆在扁桃花粉的发育时期频繁出现极端低温天气，对扁桃产业的发展造成了严重的影响。申请者长期研究发现不同扁桃花芽抗低温能力和低温处理后的花粉育性以及扁桃CBF1基因SNP之间存在着密切的联系，但具体联系不是很清楚。且不同扁桃花药的结构与花粉发育的方式存在着差异，但这些差异与扁桃避寒的关系依然未知。本研究在前期研究的基础上，拟对不同抗寒能力扁桃类型的花药结构和花粉发育过程的变化进行细胞学和生理生化分析，以揭示扁桃花粉发育的避寒机制；对不同SNP的扁桃CBF1基因的功能进行分析，并结合扁桃花粉育性的差异分析，探索扁桃CBF1基因在花粉发育中的功能和其调控网络。本研究对于进一步探索木本植物雄性生殖器官的避寒机制以及CBF1基因在花粉发育中的重要调控机制研究具有重要意义。

近年来，新疆在扁桃花粉的发育时期频繁出现极端低温天气，对扁桃产业的发展造成了严重的影响。申请者长期研究发现不同扁桃花芽抗低温能力和低温处理后的花粉育性以及扁桃CBF1基因之间存在着密切的联系，且不同扁桃花药的结构与花粉发育的方式存在着差异，但这些差异与扁桃避寒的关系有待摸清楚。本研究在前期研究的基础上，以栽培扁桃、野扁桃和国外引进扁桃为研究材料，对正常和低温处理的不同发育时期的扁桃花药结构和花粉发育过程的变化进行细胞学和生理生化观测研究，结合CBF1基因的表达情况以及调控基因AcDHN1等进行分析，以探明CBF1基因在扁桃花粉发育中的功能和其可能的调控网络。通过试验研究，明确了低温对扁桃花粉发育的影响和耐冷扁桃品种花粉发育的避寒机制，验证了低温条件下扁桃CBF1基因在花粉发育中的功能，构建了扁桃CBF1基因在低温花药发育中的调控网络。实验获得了AcDHN1基因，构建了pET-AcDHN重组质粒，在大肠杆菌中成功诱导融合蛋白的表达，为深入研究AcDHN1的蛋白功能奠定了基础；构建了植物表达载体p1303-AcAGL15，后续可利用该植物表达载体通过转基因技术, 对AGL15基因的相关功能及相关抗性机理进行深入研究。通过本项目研究在国内核心期刊上发表论文12篇，申请发明专利4项，获授权发明专利1项。培养了5名硕士研究生，1名博士研究生和3名中青年骨干教师。本研究对于进一步探索木本植物雄性生殖器官的避寒机制以及CBF基因在花粉发育中的重要调控机制究具有重要意义。