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温度是影响植物地域分布、生长和发育以及农作物质量和产量的重要限制因子之一。随着转基因技术的日益成熟,人们已从植物中分离了大批抗寒相关基因用于抗寒植物的培育。但利用抗寒相关基因进行转基因抗寒植物培育时均发现在获得优良低温抗性植株的同时,普遍出现不同程度的生长延滞现象。主要是利用抗寒相关基因进行的转基因植物都是在组成性启动子CaMV (cauliflower mosaic virus)35S驱动下产生的。这种基因的组成性表达对植物的生长造成了一定的影响。为了克服转基因植物出现的生长延滞现象,人们开始利用冷诱导特异性启动子代替组成性启动子。但目前有关冷诱导特异性启动子的研究还较少,为了获得具有自主知识产权的冷诱导启动子,并明确该启动子的冷诱导特性,我们开展了荠菜冷调节基因(COR15)及启动子的克隆和功能分析,主要研究结果如下：1.荠菜COR15b基因的功能研究表达谱分析显示CbCOR15b不仅在叶中表达,而且在根中也有表达。CbCOR15b-GFP载体瞬时转化显示在烟草叶肉细胞中CbCOR15b定位于叶绿体中,在不含叶绿体的洋葱表皮细胞中定位于细胞质中。将CbCOR15b基因通过叶盘法转化烟草,抗冻性分析结果表明转基因烟草阳性苗在4℃和-4℃条件下抗冻性增强,转基因烟草电解质渗透率升高的不及对照组快而且多,相对水含量比对照组降低的慢而且少,葡萄糖含量比对照组增加的快而且多。说明CbCOR15b基因在细胞内起了抗冻的作用。并且CbCOR15b过表达烟草植株没有出现明显的生长延迟现象,这对应用该基因于抗冻育种具有重要的意义。2.荠菜COR15基因启动子的克隆和分析采用genome-walking的方法克隆得到CbCOR15a和CbCOR15b基因的启动子,通过在线网站the PLANTCARE分析了顺式作用元件。将CbCOR15b和CbCOR15a启动子转化烟草,通过RT-PCR分析和GUS染色分析显示常温下仅CbCOR15aP在烟草叶片和根中有较低活性,低温处理后CbCOR15aP和CbCOR15bP活性在叶片和根中的活性增强。与CbCOR15aP相比,CbCOR15bP具有强烈的冷诱导性,但在常温时不具有活性,非常适合用于抗冻基因工程育种。3.荠菜COR15基因启动子的缺失分析根据CRT/DRE元件的数目,克隆了两个启动子的缺失片段,将缺失片段与pCAMBIA1301载体上的GUS报告基因相连后转化拟南芥,通过GUS染色分析显示CRT/DRE元件确为冷响应所必须,而且其数目多少影响启动子冷响应的活性。4.荠菜和拟南芥COR15基因启动子的比较分析为了分析拟南芥和荠菜COR15的启动子在低温诱导下的活性,分别构建了AtCOR15aP::GUS, AtCOR15bP::GUS, CbCOR15aP::GUS和CbCOR15bP::GUS四个载体转化拟南芥,通过RT-PCR分析和GUS染色分析四种启动子冷响应特性。结果表明常温下CbCOR15aP在幼苗全株、成熟莲座叶、茎生叶,花序和果荚中都有较低的活性,AtCOR15aP在花药中有活性,而CbCOR15bP和AtCOR15bP在常温下没有活性。四个启动子在低温处理后活性都明显增强,RT-PCR和GUS染色分析的结果表明4℃冷诱导1d后ZbCOR15aP冷诱导活性最强,其次为CbCOR1SbP,而AtCOR15aP和AtCOR15bP的冷诱导活性更弱,并且在拟南芥的根中没有活性。本研究围绕CbCOR15b基因,对其启动子序列、启动子活性、蛋白定位以及功能分别做了研究,表明CbCOR15b是一个强烈冷诱导的定位于叶绿体和细胞质并具有显著抗冻功能的蛋白。本研究不仅帮助阐明了荠菜抗寒机制,而且也为抗冻基因工程育种提供了候选基因和启动子,具有重要的意义。