新疆生地所在齿肋赤藓耐冷分子机制研究中取得进展

低温胁迫是影响植物生长发育和地理分布的关键非生物胁迫因子之一。近年来，极端低温天气的频繁出现对植物生长发育产生了严重影响，导致农作物产量下降。因此，研究植物对低温胁迫的响应机制，挖掘优质的抗冷基因资源具有重要意义。目前，对植物低温响应的研究主要集中在被子植物中的C-repeat binding transcription factor（CBF）依赖途径。然而，尚未进化出CBF基因的苔藓，蕨类，裸子等非被子植物的冷响应分子机制尚不明确。

齿肋赤藓是一种具有极端抗逆性的沙漠苔藓，该苔藓具有卓越的耐干性、耐冷性和抗辐射等综合抗性，能够在模拟火星条件下生存，被认为是火星拓荒的潜在理想先锋。迄今为止，对齿肋赤藓的抗逆机制集中于耐干分子机制解析和基因资源挖掘利用，而对其抗冷分子机制的研究相对空缺。

针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所张道远研究员团队通过齿肋赤藓不同低温处理下的RNA-Seq测序分析，解析了其低温响应过程的分子机制，阐明了其基因表达调控规律及其关键调控通路，并靶定了一个关键的低温响应转录因子ScDREBA5。

研究结果表明，低温胁迫导致齿肋赤藓中糖和能量代谢、光合作用、脂质代谢和抗氧化活性通路发生显著改变。转录因子富集分析显示，与CBFs共同起源的A-5类DREB基因是齿肋赤藓低温胁迫响应的关键基因家族，其中ScDREBA5基因在冻胁迫中上调表达约1000倍，可能是齿肋赤藓抗冷的关键基因靶点。研究团队进一步在齿肋赤藓原位瞬时过表达、抑制表达，同时在小立碗藓中稳定表达ScDREBA5基因，发现ScDREBA5可以显著提高齿肋赤藓和小立碗藓的抗冻性，并且进一步揭示了该基因主要通过激活光合和抗氧化途径的基因上调表达从而增强植株的抗冻性的机制。本研究首次揭示了齿肋赤藓低温胁迫响应的分子调控机制，增进了我们对非被子植物不同冷胁迫响应策略的理解，并为培育耐寒作物提供了宝贵的基因资源。

相关研究成果以“ScDREBA5 Enhances Cold Tolerance by Regulating Photosynthetic and Antioxidant Genes in the Desert Moss Syntrichia caninervis”为题，发表在植物学经典期刊《Plant, Cell & Environment》上。中国科学院新疆生态与地理研究所白文婉博士为论文第一作者，李小双研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院从0-1原始创新项目和第三次新疆综合科学考察项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1111/pce.15336

图1  过表达ScDREBA5增强了齿肋赤藓和小立碗藓的抗冻性