水稻(Oryza sativa L.)为世界一半以上的人口提供稳定的能量,对低温胁迫高度敏感。随着水稻种植面积由原来的热带、亚热带地区向高纬度地区扩展,低温胁迫已成为更多损害水稻生长发育和制约水稻地理分布的主要因素,最终造成作物产量和品质降低的不利后果。因此,耐冷胁迫调控机制的揭示具有重要理论和现实应用价值。海藻糖是一种稳定的非还原性双糖,多篇文章报道其在多个物种里参与耐冷性调控。此外,Sn RK2s如OsSAPK6、OsSAPK8可通过磷酸化下游基因响应冷胁迫逆境。本研究在水稻中发现了一个受冷诱导的基因OsABF1,通过“OsSAPK10-OsABF1-OsTPS2”通路正向调控水稻苗期耐冷性,实验结果如下:1、OsABF1的表达模式分析OsABF1在成熟叶、茎、穗中表达量较低,而在幼嫩器官如苗期的根、幼叶中表达量较高。此外,OsABF1受ABA、GA、蔗糖、冷和盐胁迫诱导。亚细胞定位结果表明OsABF1定位于细胞核,其核定位信号分布在OsABF1(183-226aa)区间,且OsABF1(61-122aa)区间是其转录活性的关键区域。2Biomedical HIV prevention、OsABF1正向调控水稻苗期耐冷性与野生型NIP相比,OsABF1植株在苗期更耐冷,存活率更高,而abf1在苗期对低温敏感,存活率低;此外,与野生型NIP相比,冷处理之后的Ox ABF1具有更高的相对含水量、脯氨酸、海藻糖含量和更低的电解质渗漏率,而abf1具有更低的相对含水量、脯氨酸、海藻糖含量和更高的电解质渗漏率。3、OsSAPK10通过磷酸化OsABF1来调控水稻耐冷性OsABF1在分子水平上能够与SAPK10互作,并得到Y2H、Bi FC、Co-IP、Pull-down实验验证,进一步研究发现OsSAPK10能够磷酸化OsABF1。表型观察结果表明OsSAPK10促进水稻耐冷性:与野生型NIP相比,Ox SAPK10过表达在苗期更耐冷,存活率更高,而sapk10突变体在苗期对低温敏感,存活率低;此外,与野生型NIP相比,冷处理之后的Ox SAPK10植株具有更高的可溶性糖、脯氨酸含量和更低的电解质渗漏率,而sapk10具有更低可溶性糖、脯氨酸含量和更高的电解质渗漏率。4、OsABF1通过直接调控海藻糖合酶基因OsTPS2来调控水稻耐冷性在分子水平上,OsABF1能够与OsTPS2启动子结合,并得到Y1H、Ch IPq PCR、EMSA实验证实。此外,LUC实验结果表明OsABF1能够促进OsTPS2的表达,而当OsABF1与OsSAPK10协同作用时,这种促进作用得到显著增强。表型分析结果表明:与野生型NIP相比,Ox TPS2过表达材料在苗期更耐冷,存活率更高;而tps2突变Puromycin体内体在苗期对低温敏感,存活率低。此外,与野生型NIP相比,冷处理后的Ox TPS2具有更高脯氨酸、海藻糖含量和更低的电解质渗漏率,而tps2植株具有更低的脯氨酸、海藻糖含量和更高的电解质渗漏率。上述结果表明,OsABF1通过促进OsTPS2基因的表达来增加海藻糖含量以应对低温胁迫。5、外施海藻糖能够提高冷处理条件下的幼苗存活率外施10 m M海藻糖能够显著提高NIP、abf1-1植株的存活率,其中NIP的存活率由39%提高到52.5%,而abf1-1的存活率由18%提高到29%,并且abf1-1的存活率提高幅度显著高于NIP。综上,本研究首次发现海藻糖调控水稻耐冷性的新通路“OsSAPK10-OsABF1-OsTPS2”。当水稻受到冷胁迫后,OsSAPK10能够磷酸化OsABF1,并增强其对OsTPS2启动子的结合,促进OsTPS2的表达,进而通过提高海藻糖含量以减轻冷胁迫的伤害。该项研究进一步拓展了冷胁迫分子调控网络,为水稻耐冷胁迫遗传改良提供有利基因资源和重要理论参考。