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适度低温是一些高等植物正常的生长发育所必需的,如低温层积被广泛用于提高拟南芥等种子的萌发率和一致性。赤霉素(GA)是调控种子萌发、茎和下胚轴伸长、花发育和开花等诸多生命过程的重要激素,在拟南芥、榛子和苹果中的研究表明,低温层积能提高种子内源GA含量。所以GA和低温两条信号通路是相通的,但是,人们对整合两条通路的共同节点知之甚少。ICE1是拟南芥低温信号转导通路中的一个关键转录因子,它响应低温信号,并通过调控CBFs转录因子激活COR(cold-regulated)基因的表达,从而调控植物的低温响应。本文着重研究ICE1基因在植物发育方面的功能,特别是它通过调节GA合成调控拟南芥的植株生长、开花、育性等。主要研究结果如下:1. ICE1抑制拟南芥的植株生长成年野生型拟南芥(Col-0)植株的高度为30 cm左右,而突变体ice1-t高达45 cm,在ICE1基因过表达株系中,强表型植株的高度只有10 cm左右。这说明,ICE1能够抑制拟南芥的植株生长,降低株高。2. ICE1通过调控GAMYB基因影响花粉育性在ice1-t突变体的主花序轴上,下端有10个左右的果荚不能结种子。与野生型相比,突变体对应部位的花药开裂较晚,花粉粒颜色异常。在萌发培养基上的离体萌发实验表明,野生型花粉的萌发率高达50%,而ice1-t花粉只有10%。人工授粉后的活体实验表明,ice1-t花粉在野生型和突变体的柱头都不能正常萌发,而用野生型花粉授粉可以使突变体结果荚。上述结果表明,雄性不育导致了突变体的花序基部不育。鉴于GAMYB-like基因影响花粉育性,我们分析了该类基因在野生型和突变体中的表达模式,半定量RT-PCR和Northern杂交实验结果表明,与野生型相比,突变体花中的AtMYB33、AtMYB65、AtMYB101和AtMYB120基因表达上调。3. ICE1通过调控开花相关基因影响开花时间短日照条件下,ice1-t突变体的开花时间比野生型早。进而我们分析了开花诱导相关基因的表达模式。半定量RT-PCR结果显示,突变体中促进拟南芥开花的基因LFY、CO和FT表达上调,而抑制开花的基因FLC表达下调。4. ICE1通过调控LECs基因影响种子发育ice1-t的成熟种子外表干瘪,显微观察发现,ice1-t突变体能发育出正常的球形胚、心形胚和鱼雷胚,但随后的发育受阻,不能形成正常大小和形状的弯子叶胚,导致成熟胚不能充满种皮,造成种子干瘪。鉴于LEC1、LEC2和FUS3等是胚胎发育的重要调控基因,我们对这些基因的表达模式进行了分析,实时定量RT-PCR结果显示,LEC1、LEC2和FUS3在ice1-t果荚中的表达升高,其中FUS3最明显。5. ICE1通过调控GA合成代谢相关基因影响内源GA水平鉴于突变体的各种表型,我们怀疑ICE1能够调控GA合成或代谢,因此对GA合成代谢关键酶基因的表达模式进行了分析。实时定量RT-PCR结果显示,在ice1-t突变体中,GA合成相关基因AtGA3ox1、AtGA3ox2、AtGA3ox3、AtGA3ox4和AtGA20ox1的表达水平明显升高,而GA分解代谢基因AtGA2ox2表达水平则下降。激素测定也表明,突变体的内源GA含量升高,表明ICE1基因抑制拟南芥的内源GA合成。6. ICE1蛋白与AtGA3ox4基因启动子的顺式元件结合染色质免疫共沉淀(CHIP)结果表明,在候选基因AtGA3ox1、AtGA3ox2、AtGA3ox3、AtGA3ox4、AtGA20ox1和AtGA2ox2中,ICE1蛋白能够与GA合成基因AtGA3ox4的启动子结合,特异结合的E-box元件为-206 CATTTG -200。