温度响应相关基因TSA1表达载体的构建与亚细胞定位研究
摘要：近年来，全球气候变暖、极端气候肆虐，不仅严重影响着生态环境，同时也强烈制约了农林业生产及经济社会的可持续发展，已经引起了全世界的高度关注。温度是影响植物的整个生长发育的重要因子之一，它影响着植物代谢和生理的多个生命进程。温度在植物的生长过程中的某些环节起着很重要的作用。目前，已经在植物中发现了多种温度感应相关的调控因子以及借助于光感应的夜间温度感受器。但是，在植物细胞膜上负责温度感知的组分仍未知，我们需要一个强有力的遗传证据来证明植物对冷热响应的感受机制。低温不仅限制了许多植物的地理分布和生长，也严重影响着农作物的产量和品质，是农业生产中重要的限制因子。因此，探索植物温度胁迫信号转导机制不仅是提高植物抗逆性的基础，也是农业生产中迫切需要解决的基础性研究课题。因此，揭示植物中钙离子介导的环境温度感受相关基因的表达模式以及亚细胞定位，为完善和建立植物响应环境温度变化的分子机制提供有力的理论依据，同时在实践上为采用基因工程方法提高作物耐受全球气候变化提供理论基础。
关键词：拟南芥；温度胁迫；钙信号；Gateway克隆；亚细胞定位
- 文献综述
1.1 植物与温度胁迫
温度是影响植物的整个生长发育的重要因子之一，它影响着植物代谢和生理的多个生命进程。长期以来，人们已经对钙离子参与的非生物和生物胁迫信号转导有了一定的认识，获得了一些相应的感受蛋白。实验室关于温度感应的突变体已经通过钙成像系统对自建的EMS化学诱变的拟南芥突变体种子库进行筛选，得到了温度胁迫下的钙信号缺失突变体，并且通过全基因组测序和D-caps定位到了该相关基因，现在的主要工作是温度感受基因的亚细胞定位研究以及基因表达模式研究。
1.1.1 植物与低温胁迫
在研究当中，低温对于植物的危害按照对植物的伤害程度不同分两种，一种为冷害，另一种为冻害。冷害即是零上低温，冻害指零下低温。冷害主要是来源于一些热带的喜温植物，这类植物在零度以上就会受到伤害。温度低时，会使降低植物细胞膜的流动性，也会降低植物根系的吸水能力，蛋白质的稳定性、构象以及功能受到严重影响，所以在自然情况下，植物在低温环境中，往往伴随着脱水，即渗透胁迫。从而引起水运输到质外体以共质体的方式，这一运动过程会导致严重脱水。这系列反应使得大量细胞无法正常行使甚至完全丧失原有功能，最终导致组织失去活性，使得植物的生命活动异常。所以冷害的根本原因是细胞的膜系统受损,此时，当温度降到零度以下时,细胞膜的流动性变差,由液晶态转变为凝胶态,膜中的脂肪酸链变为有序,质膜的外型与厚度也发生变化并引起膜收缩,质膜上会出现裂缝或孔道,因此膜的通透性增加,细胞内容物无机离子、氨基酸、糖的流出量增加,最终引起代谢紊乱。
1.1.2 植物与高温胁迫
最新研究表明，目前，由于人类活动排放的温室气体大幅增加，特别是 CO2、甲烷、氯氟化碳和氮的氧化物，使全球变暖，温度不断升高，植物面临着高温胁迫的危害（Song et al., 2010; Wagner, 1996）。高温胁迫也就成为粮食减产的一个重要因素，所以研究植物抗高温胁迫的机理也尤为重要（Devasirvatham et al., 2012）。高温胁迫根据温度变化的速度以及持续的时间可以分为急性和慢性两种类型（Blum, 1988）。普遍认为植物产生热激反应（heat shock response）的温度是高于环境温度 10-15℃（Wahid et al., 2007），而短时间的高温胁迫指植物在数小时内经历巨大的快速变化获得耐热性，同时短时间内植物经历三个胁迫响应阶段：触发、维持、恢复（Al-Whaibi, 2011），以抵御致死高温（Wahid et al., 2007）。与此相反，长时间高温胁迫指温度缓慢升高可以持续几天、几周、甚至几个月（Devasirvatham et al., 2012）。快速的温度变化影响作物的生长和产量（Mittler, 2006; Mittler and Blumwald, 2010）。植物对高温胁迫的响应随处理温度、持续时间及植物种类的不同而变化。在极度高温下，细胞严重损伤甚至死亡可能在几分钟内发生，这可能是由于高温可以导致细胞组织的严重瓦解。高温胁迫影响植物生长各个方面，如萌发、生长、发育、繁殖及产量，也可以影响多种蛋白组分、细胞膜、RNA 种类及细胞骨架结构的稳定，改变生理过程中细胞酶促反应的效率，并导致代谢不平衡。
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