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CBF(C-repeat binding transcription factor/dehydrate responsive element bindingfaclor,DREB)转录激活因子是受低温特异诱导的一类反式作用因子,调控多个抗寒基因的启动子区上的顺式作用元件(CRT/DRE),从而促进启动子中含有该调控元件的多个脱水诱导和冷诱导基因的表达,激活植物体内多种抗逆机制。CBF是胁迫应答过程中产生的调节性蛋白,脱水素则是与冷诱导相关的下游功能性蛋白。ICE1是CBF转录子的上游激活因子,低温应答过程中通过ICE1-CBF冷调控途径作用下游大量靶基因提高植物抗寒性。
本研究采用0℃低温处理不同时间段的茶树cDNA为模板,根据GenBank上已登录的茶树CsCBF1序列(EU563238),CsICE1序列,以及脱水素Y2SK2,脱水素SK2序列,进行半定量RT-PCR,分析每种基因在冷诱导条件下的表达情况,初步推测茶树的脱水素基因的启动子中可能含有CRT/DRE顺式作用元件,其表达有可能受到CsCBFl的调控。 为了进一步验证茶树CsCBF1基因抗寒功能,设计特异性引物扩增出CsCBF1基因,利用载体pBI121为骨架结构,构建植物表达载体pBI121-CsCBF1,根癌农杆菌介导的叶盘法将构建的表达载体导入烟草中,获得大量抗性植物。
对抗性烟草进行PCR分析,鉴定外源CsCBF1基因是否导入并整合到烟草基因组上转录表达,92%的抗性植物均扩增出目的条带。对PCR呈阳性的转基因烟草提取RNA,进行反转录RT-PCR检测,83%扩增出CsCBF1基因特异条带,说明CsCBF1在转基因烟草内得到了正常转录表达。取RT-PCR鉴定为阳性的转基因烟草组织进行GUS活性染色,转CsCBF1基因烟草植株的根茎叶中均呈现不同程度的蓝色。表明外源CsCBF1基因在烟草基因组中可以稳定表达。
转基因烟草抗寒性验证试验已证实CBF基因可以通过促进一系列抗寒基因的转录、表达增加细胞内的可溶性糖含量,游离脯氨酸和叶绿素含量,减缓膜脂质过氧化作用来提高烟草的抗寒能力,本试验主要从细胞电解质渗透率、膜脂质氧化作用、PS Ⅱ反应中心光能转化效率和存活率统计方面来证实茶树CsCBFl的抗寒功能。
分别在25℃,4℃和0℃处理48h后测定生理指标。25℃处理下,转pBI121-CsCBF1型、转pBI121型和野生型烟草的膜质通透性,丙二醛含量和Fv/Fm均未有显著差异,而在4℃和0℃处理下,前者的膜质通透性和丙二醛含量均显著低于后两者,PS Ⅱ反应中心光能转化效率(Fv/Fm)也显著高于后两者。生长恢复试验,转pBI121-CsCBF1型的存活率为66.7%,而为野生型仪为23.3%。
本研究表明茶树CsCBFl基因参与了细胞抗寒分子调控机制从而提高植物细胞的低温防御能力,能够显著增强非低温驯化植物烟草的抗寒性,为发掘、筛选茶树重要功能基因提供理论依据。