茶树一冷驯化相关的胞外多肽信号分子基因CsCOR1的功能机理

In our previous studies, it has been shown that an alkaline extracellular-polypeptide encoded a cold-induced gene (CsCOR1) from tea plants could be a signal molecule because it can upregulate several of the stress-induced genes in tobacco transformants. However, CsCOR1 is different from the known peptide-hormones of plants, and is a novel peptide-signal related to cold acclimation of tea plants. CsCOR1 may be unique cold-response signal of woody plants. The functional mechanism of CsCOR1 in cold acclimation could be that it leads to alkalization in the extracellular environment that inhibit cell growth, and act as a signal molecule, which start up the cascade reactions of the frost resistance and meristem dormancy in woody plants. The mentioned-above cascade may be a secondary signal transduction pathway of the later stage of cold acclimation in woody plants (instead of the early response brought by ICE1/CBF). In this project, the functional mechanism of CsCOR1 gene will be analyzed systematically via screening and verifying the gene of CsCOR1 receptor, and analyzing the expression patterns of CsCOR1 gene in various organs of tea plants and the downstream genes upregulated by CsCOR1. This project will be a breakthrough in exploring the cold-acclimation mechanisms of woody plants and the differences between the cold-acclimation mechanisms of woody plants and herbs; meanwhile, it can give the inspiration for exerting the bigger antifreeze potential of woody plants and mitigating the freezing damage in agroforestry.

我们前期研究表明，茶树的冷诱导基因CsCOR1编码一碱性胞外蛋白，在烟草转化子中可作为胞外信号分子，上调一些胁迫诱导基因的表达。但是CsCOR1与已研究过的几类植物多肽信号分子都不同，是一种新的、与冷驯化相关的多肽信号。碱性的CsCOR1可能是木本植物所特有的冷诱导基因产物，其作用机制似乎为：在使胞外环境碱化、抑制细胞生长的同时，又作为信号分子，启动木本植物的抗冻和分生组织休眠等级联反应。该级联反应可能是一条木本植物冷驯化中后期的次级信号转导通路（而非ICE1-CBF的早期反应）。本课题拟通过筛选鉴定CsCOR1受体蛋白基因、分析CsCOR1在茶树各器官中的表达模式和所调控下游基因类别，系统解析该基因的功能机理。并以此为突破口，探索木本植物的冷驯化机制及其与草本植物的差异，为发掘其大抗冻潜力运用于农林生产的防冻减灾、喜温蔬菜的反季栽培和育种给出启示。

冻害是茶叶生产中的重大问题和制约茶产业发展的突出问题。研究茶树的抗冻机制和防冻措施对于茶叶生产的防冻减灾和抗冻育种都有重要的指导意义。我们前期研究发现茶树的冷诱导基因CsCOR1编码一胞外蛋白，在烟草转化子中有胞外信号分子的作用。本研究我们首先运用CsCOR1融合绿色荧光蛋白（GFP）基因和质壁分离法对CsCOR1蛋白进行了精确定位，结合对组成型表达CsCOR1基因烟草种子的发芽跟踪实验，进一步论证了CsCOR1是一种胞外信号分子判断。随后，我们构建了茶树的酵母双杂交cDNA文库和CsCOR1基因的钓饵表达载体，并进行了酵母双杂交实验，筛选出的阳性克隆经质粒分离和测序，得到了三个序列，其中有一个ABC结合盒蛋白基因。目前，正在对这些序列做进一步的研究。.为了获得更多的茶树差异表达基因信息，以便拓展研究空间，我们对茶树的创伤诱导转录组进行了测序分析，不仅得到了大量的茶树新转录本（或基因）和创伤诱导的差异表达基因数据，还揭示出在茶树创伤反应中可能伴随着一个重编程过程和儿茶素含量降低、表儿茶素及咖啡因含量升高等生理变化。而且，我们进一步利用数据库中几个可用的转录组数据对茶树的转录因子及其家族进行了分析，推断出茶树有58个转录因子家族。在运用双向最优化BLAST搜索、Venn分析和qRT-PCR等方法研究的基础上，我们筛选出了5个在冷驯化、休眠和创伤胁迫三种条件下都被明显上调、8个仅在冷驯化和休眠中明显上调和3个仅在创伤与休眠中显著上调表达的转录因子基因，并已克隆出多个基因序列，为研究的进一步展开奠定了基础。.为了研究茶树等常绿木本植物的叶及其叶绿体在越冬过程中的生理生化变化，阐明其低温反应特性和抗寒机理，我们进行了大量的生理生化实验，初步明确了茶树叶的成熟成度、丙二醛和水溶性总糖含量是最为确定的茶树抗冻性3个相关指标，并正在沿着这3条线索向下搜寻其代谢模式转换的关键点和相关基因，以期找到茶叶抗冻性的内在根源，为茶树的抗冻品种选育提供理论指导。.另外，我们在茶叶的低温损伤研究中，还发现了冷冻在茶叶加工中的特殊用途，由此开发了“一种有效提高细胞破碎率和营养成分溶出率的茶叶加工方法”，并已申请了一项发明专利。