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低温胁迫是作物生长发育的重要限制因素,可同时影响农作物的产量和品质,也是导致我国番茄(Solanum lycopersicum)产量下降的严峻非生物因素之一。寒冷季节期间,在加热系统作用有限的日光温室中保证番茄的生长和产量,是中国乃至世界范围设施生产的一个亟待解决的难题。基于此,探究蔬菜作物对低温的响应机制,剖析低温应答的关键因子,进一步借助环境调控、植物生长调节剂和基因编辑等手段,激活蔬菜作物的低温抗性,对保障蔬菜周年生产和商品供应、提高蔬菜产量、改善蔬菜品质和促进蔬菜产业可持续发展具有深远的科学意义和现实意义。本文以设施栽培中的主要蔬菜作物番茄为研究对象,利用生物化学、植物生理学、分子生物学和遗传学等生物技术手段,研究了低温环境下植物中MYB转录因子家族响应低温的关键基因及其应答机制。筛选了低温诱导的MYB转录因子家族中的关键作用基因;探讨了MYB15以及上游的HY5转录因子和下游的低温响应关键通路CBF途径中的基因的相互作用关系;筛选了低温处理过程中micro RNA家族中的关键作用基因,并利用转录调控分析方法探究其与MYB家族的关键作用基因的相互关系。所得主要结果如下:第一,明确了MYB15在番茄耐低温性中的作用。对已经鉴定的11个番茄MYB家族的基因通过实时荧光定量PCR技术在低温胁迫处理过程中的转录水平进行检测,结果显示MYB15转录水平上调最高。根据亚细胞定位荧光观察,MYB15定位于细胞核上。利用病毒诱导基因沉默实验技术(VIGS),明确了MYB15介导了番茄低温耐受能力。进一步利用转基因技术,建立MYB15过表达植株和CRISPR/Cas9突变体植株,明确了MYB15在番茄低温抗性的CBF途径中起正调控作用。此外,由于MYB15的转录水平与CBF通路基因和ABA通路基因高度相关,我们推断MYB15在CBF依赖和ABA依赖途径中均参与了低温调控。凝胶电泳迁移实验(Electrophoretic mobility shift assay,EMSA)、染色质免疫共沉淀实验(Chromatin Immunoprecipitation-q PCR,Ch IP-q PCR)和烟草双荧光素酶实验(Luciferase assay,LUC)证实MYB15能够直接特异性结合到CBF1、CBF2和CBF3基因的启动子上激活其转录。以上结果表明,低温诱导了MYB15的表达,且MYB15是影响番茄低温抗性的一个正调控因子。第二,探明了番茄低温抗性过程中MYB15、HY5和CBFs之间的相互关系。低温可以诱导HY5和MYB15的转录水平和蛋白水平的提高。通过HY5沉默植株和过表达植株的建立,明确了其在番茄低温抗性中作为正调控因子响应。EMSA体外实验和Ch IP-q PCR及LUC体内实验证实,HY5作为一个转录因子,能够特异性识别并结合MYB15和CBF通路中的基因(如CBF1、CBF2、CBF3等)启动子序列中的ACE元件和G-box,并激活这些基因的转录。VIGS实验结果表明,MYB15的转录受HY5和其他转录因子等的直接调控,而HY5可以通过MYB15直接或间接地调控CBFs的转录。而在本论文的第二章,业已阐明MYB15可以积极诱导番茄低温抗性。综合以上结果,HY5-MYB15-CBFs转录级联可以诱导增强番茄的低温抗性。第三,明确了低温下,miR156e-3p负调控MYB15的表达。利用RT-PCR原理检测了番茄中13个micro RNAs在低温条件下的表达与响应,结果显示,miR156e-3p在4℃低温处理6 h时表达量显著下调,与检测的MYB15转录因子在4℃条件下的表达趋势完全相反。进一步的烟草双荧光素酶实验证实miR156e-3p可以直接与低温响应基因MYB15转录因子结合。过量表达miR156e-3p可以抑制MYB15的表达,植株对低温胁迫敏感;敲除基因miR156e-3p可以促进MYB15的表达,提高番茄低温抗性。以上结果表明,miR156e-3p可以负调控低温响应因子MYB15的表达,在番茄低温信号通路中是一个负调控因子。基于以上研究结果,我们初步探明了Sl MYB15诱导的番茄低温抗性,并探讨了其上游的HY5和下游的CBFs形成的HY5-MYB15-CBFs转录级联在番茄低温抗性中的作用及调控机制,初步探索了miR156e-3p通过负调控靶基因MYB15参与调控番茄低温应答。研究进一步完善了MYB转录因子介导的番茄低温信号调控网络,为合理有效利用转基因手段改良、高效利用植物生长调节剂等手段来激活番茄低温抗性提供科学依据,同时micro RNAs参与调控番茄低温响应也为今后植物逆境胁迫的研究方向提供了一种新思路。