多年生黑麦草耐受低温环境剧烈变温胁迫的IRIP基因家族调控机理

多年生黑麦草是我国生态效益显著的主要冬季牧草，可耐受深秋、冬、早春等低温环境下剧烈变温胁迫，其关键是含有抗寒基因-冰重结晶抑制蛋白（IRIP）。然而，IRIP长期被误认为是一个单一基因，导致其调控机理研究停滞。项目组研究发现，IRIP是由4个成员组成的基因家族。但对这4个成员之间的协同作用及调控机理尚不清晰，致使IRIP无法有效用于不耐寒农作物的转基因改良。因此，本项目拟采用现代植物分子生物学前沿研究方法，解析多年生黑麦草IRIP基因家族各成员的冰重结晶抑制活性特征及时空表达规律，探明各家族成员在基因敲除后植株耐受变温胁迫能力的变化特征，克隆多年生黑麦草IRIP基因家族的特异启动子并鉴定出关键调控元件，最终揭示多年生黑麦草耐受低温环境下剧烈变温胁迫的IRIP基因家族调控机理，并获得具有自主知识产权的IRIP主效基因和特异启动子。这一研究成果将在农作物抗寒转基因改良领域实现重大理论突破。

多年生黑麦草是早熟禾科黑麦草属草本植物，在中国、美国等国家大面积种植。由于多年生黑麦草可耐受低至零下15℃的严寒，已成为我国生态效益显著的主要冬季牧草。多年生黑麦草可耐受深秋、冬、早春等低温环境下剧烈变温胁迫，其关键是含有抗寒基因--冰重结晶抑制蛋白（IRIP）。然而，IRIP长期被误认为是一个单一基因，导致其调控机理研究停滞。项目组研究发现，IRIP是由4个成员组成的基因家族。但对这4 个成员之间的协同作用及调控机理尚不清晰，致使IRIP无法有效用于不耐寒农作物的转基因改良。因此，本项目采用现代植物分子生物学前沿研究方法，解析多年生黑麦草IRIP 基因家族各成员的冰重结晶抑制活性特征及时空表达规律，探明各家族成员在基因敲除后植株耐受变温胁迫能力的变化特征，克隆多年生黑麦草IRIP基因家族的特异启动子并鉴定出关键调控元件，揭示多年生黑麦草耐受低温环境下剧烈变温胁迫的IRIP基因家族调控机理，并获得具有自主知识产权的IRIP主效基因和启动子。这一研究成果将在植物抗寒转基因改良领域实现重大理论突破，具有较重要的科学价值和理论意义。对多年生黑麦草低温环境下耐受剧烈变温胁迫的抗寒性能的研究结果表明，多年生黑麦草的IRIP不是单一基因而是基因家族，其中IRIP-3成员为主效基因，IRIP-3表达水平直接影响了多年生黑麦草低温环境下激烈变温胁迫的耐受能力，而IRIP-3的启动子存在着较为复杂的调控模式。