全球的农作物常常由于各种环境问题而减产,低温胁迫就是其中之一,它严重影响着植物的生长、发育、地理分布以及农作物的产量。利用遗传学、生物化学、基因组学和蛋白组学的技术,揭示耐寒植物低温响应的信号通路和抗冻的分子调控机制,发现植物抗冻的关键基因,应用于对农作物的改造,改善其抗冻性,减少低温对农作物的伤害,从而提高其产量,是我们解决低温冻害的重要策略之一。高山离子芥(Chorispora bungeana, Uniprot Taxonomy分类代码：238895)属十字花科多年生草本植物,在冷冻和剧烈的温度变化下仍能生存,是典型的高山冰缘植物,因此是研究植物抗冻胁迫不可多得的材料。本课题一方面以高山离子芥为研究对象,研究其在冷冻胁迫下(-4℃)的基因表达差异,挖掘起抗冻作用的优势基因,试图从转录组学的角度阐释其抗冻机制；另一方面以模式植物拟南芥为研究对像,通过对一个能诱导冷响应转录因子CBF2 (C-rerat Binding Factor 2, CBF2)大量表达的突变体的图位克隆,尝试发现调控CBF2的上游基因,完善拟南芥低温响应的调控网络,阐释其低温响应机制。获得的研究成果如下：1.综合利用消减杂交技术、cDNA微阵列技术、荧光定量PCR技术和生物信息学技术,构建了离子芥冷冻胁迫下的差异表达文库,共筛选出85个差异表达的基因片段,其中有52个在冷冻胁迫下表达上调,33个在冷冻胁迫下表达下调；并通过基因信息检索将其分为：激素或胁迫响应基因、蛋白质代谢基因、转录因子基因、光合作用相关基因、核糖体蛋白基因、其它基因以及未知功能基因等七大类,说明高山离子芥存在一个复杂的低温响应分子调控网络。2.在构建高山离子芥冷冻胁迫下差异表达文库的基础上,对所得的基因进行分析研究发现：原纤维蛋白FIB (FIBRILLIN)和ACTIN交联蛋白可能在低温胁迫中起到了低温感受器的作用；而DREB2A (Dehydration Responsive Element Binding Protein 2A)信号途径和ABA(Abscisic Acid)信号途径很可能协同作用,共同调节下游冷响应基因的表达；另外,下游的冷响应基因如激酶2(Kinase 2,KIN2)、耐盐锌指蛋白基因(Salt Tolerance Zinc Finger, STZ)、富甘氨酸RNA结合蛋白(Glycine-Rich RNA Binding Protein 8, GR-RBP8)等在基因的调控和抗冻方面也扮演者着重要角色。3.根据得到的差异表达文库信息和cDNA末端快速扩增技术(Rapid amplification of 5’and 3’cDNA ends, RACE),成功地从高山离子芥中克隆到一个全新的冷诱导基因CbCINP1 (Chorispora bungeana Cold Induced Novel Protein1),其编码区由1176个碱基组成,编码391个氨基酸；进化亲缘关系分析发现,它与拟南芥一个功能未知的蛋白DUF677有较高的同源性；蛋白质结构预测显示：该蛋白质存在一个跨膜结构域；亚细胞定位发现,CINP1蛋白主要定位于核和质膜上,这与预测基本一致；将CINP1过表答载体转入拟南芥中,转基因植株的抗冻性得到了提高。因此,CINP1基因很可能在低温胁迫下起着信号传导和维持膜结构稳定的作用。4.拟南芥突变体c-l2-41在低温下能诱导CBF2的大量表达,通过图位克隆发现,在FRY2/CPL1基因上存在一个单碱基的突变,遗传互补实验能恢复该突变体的表型。深入研究发现该突变体除了对冷敏感外,还对干旱和热胁迫敏感,这为进一步揭示FRY2/CPL1基因的功能和低温调控机制奠定了基础。巧合的是,在高山离子芥的差异表达文库中该基因在冷胁迫下表达上调,说明其在离子芥的冷冻胁迫中也起着较重要的作用。综上所述,本课题构建了高山离子芥冷冻胁迫下的差异表达文库,并对所得的部分基因进行了功能分析研究,克隆得到一个全新的低温诱导基因CbCINPl,揭示了高山离子芥在响应低温胁迫的过程中存在一个复杂的分子调控机制,为离子芥抗冻机制的深入研究奠定了基础：同时,拟南芥突变体C-L 2-41的图位克隆,为进一步研究FRY2/CPL1基因的功能提供了线索,也为深入研究高山离子芥FRY2/CPL1基因提供了参考依据。