植物抗寒基因及ICE-CBF-COR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究進(jìn)展

關(guān)鍵詞：ICE基因；CBF基因；COR基因；低溫脅迫；ICE-CBF-COR信號(hào)通路；激素調(diào)控；組蛋白修飾

中圖分類號(hào)：S184 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1795（2023）05-0131-07

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.05.024

0引言

由于自然環(huán)境的惡化，天氣變化無(wú)常，如出現(xiàn)異常低溫或者高溫情況，給農(nóng)作物的生產(chǎn)帶來(lái)巨大的傷害。受低溫連陰雨極端天氣的影響，2015年安徽省近萬(wàn)畝水稻減產(chǎn)絕收，造成巨大損失，暴露出農(nóng)業(yè)靠天吃飯的弱質(zhì)性。為了應(yīng)對(duì)低溫造成的減產(chǎn)影響，一般是采取保溫措施。但這種解決辦法比較被動(dòng)，不能從根本上應(yīng)對(duì)低溫。因此研究包括農(nóng)作物在內(nèi)的植物抗寒基因有重要的意義，可以提高農(nóng)作物的抗寒性，從而降低低溫減產(chǎn)的影響。國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)此開(kāi)展了研究工作，取得了很多的成果。為了更全面地了解植物抗寒基因，以及相關(guān)的研究進(jìn)展，本研究對(duì)近幾年國(guó)內(nèi)外植物抗寒基因、相關(guān)的信號(hào)通路及其調(diào)控因子等研究成果進(jìn)行綜述，以期為植物抗寒基因的研究提供參考與理論支持，同時(shí)也為植物的生長(zhǎng)發(fā)育、花期調(diào)節(jié)、保鮮貯藏和遺傳育種提供理論指導(dǎo)。

1植物抗寒性研究背景

1.1植物低溫脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

低溫作為主要逆境因子之一，影響植物的生長(zhǎng)及地理分布，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成植物的死亡。冷脅迫和凍脅迫也是造成農(nóng)作物減產(chǎn)的主要因素之一。而當(dāng)植物面臨非生物環(huán)境脅迫時(shí)，植物體會(huì)產(chǎn)生一系列相應(yīng)變化來(lái)應(yīng)對(duì)外界的不良環(huán)境。如在遇到低溫和冷害時(shí)，植物體內(nèi)的低溫信號(hào)響應(yīng)通路會(huì)使植物發(fā)生一系列生理生化變化，讓植物體的生長(zhǎng)減緩，從而有利于面對(duì)低溫脅迫時(shí)進(jìn)行抵抗。

植物冷誘導(dǎo)基因（COR）是由冷脅迫調(diào)節(jié)的一類基因，能在某些特定的條件（低溫、短日照等）被激活以產(chǎn)生冷調(diào)節(jié)蛋白，進(jìn)而提高植物的抗寒性。研究發(fā)現(xiàn)，COR基因啟動(dòng)子區(qū)域中有與低溫脅迫有關(guān)的脫水響應(yīng)性元件（DRE）的順式作用元件（CRT），部分COR基因依賴C-環(huán)肽結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子（CBF）激活，即通過(guò)ICE-CBF-COR信號(hào)通路，使CBF（C-repeat binding transcription factor／dehydrate responsive element binding factor，DREB）與啟動(dòng)子區(qū)上的CRT/DRE順式作用元件特異性結(jié)合激活抗寒反應(yīng)。

C.環(huán)肽結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)誘導(dǎo)劑ICE（inducer of CBF expression）位于CBF冷響應(yīng)通道上游，是冷誘導(dǎo)基因之一，在冷脅迫或凍脅迫下，能夠作為轉(zhuǎn)錄因子與CBF3的啟動(dòng)子特異結(jié)合，誘導(dǎo)CBF的表達(dá)，從而提高植物的耐寒性，而CBF基因是植物CBF抗冷途徑的樞紐，主要通過(guò)調(diào)控下游相關(guān)抗冷基因的表達(dá)，增強(qiáng)抵御寒冷的能力。

由于依賴轉(zhuǎn)錄因子CBF調(diào)節(jié)的信號(hào)途徑是當(dāng)下調(diào)控機(jī)理最為大家熟知的植物低溫應(yīng)答途徑，因此也將其作為重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容之一。

雖然目前對(duì)ICE-CBF-COR的作用效果與部分機(jī)制的相關(guān)研究與解釋已比較充分，但對(duì)于影響信號(hào)通路的具有包括正向激活作用與反向抑制作用在內(nèi)的不同調(diào)節(jié)因子的作用，仍然還在很漫長(zhǎng)的不斷探索的過(guò)程之中，而基于此的探索可以促進(jìn)對(duì)轉(zhuǎn)錄水平和翻譯后水平上對(duì)CBF介導(dǎo)的冷信號(hào)通路的理解。

1.2 ICE-CBF-COR信號(hào)通路

CBF調(diào)節(jié)的信號(hào)途徑是目前調(diào)控機(jī)理揭示最為清楚的植物低溫應(yīng)答途徑。低溫信號(hào)通過(guò)激活轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)下游冷反應(yīng)基因（COR）的表達(dá)，從而啟動(dòng)植物的抗寒反應(yīng)。低溫信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)也至少可通過(guò)依賴和不依賴CBF兩種途徑實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)證實(shí)了使植物產(chǎn)生低溫抗性的主效途徑是依賴CBF的冷信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，使得ICE-CBF-COR信號(hào)通路成為研究的熱點(diǎn)之一。

1.3組蛋白修飾為提高植物抗寒性提供可能

在染色質(zhì)上的組蛋白尾有多種位點(diǎn)上的修飾，組蛋白的N端尾部突出在DNA環(huán)流之外并表現(xiàn)為各種共價(jià)修飾的底物，包括磷酸化、乙?；?、泛素化、ADP核糖基化、生物素化和甲基化等。組蛋白的修飾一般不能單獨(dú)地起作用，需要組蛋白尾部的不同修飾組合共同調(diào)節(jié)，形成修飾的級(jí)聯(lián)?？勺鳛橐环N重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志。

組蛋白的磷酸化在DNA損傷、DNA修復(fù)、DNA復(fù)制和重組等基因的復(fù)制與修復(fù)上發(fā)揮著重要作用。而組蛋白的乙?；c去乙酰化在真核生物調(diào)控轉(zhuǎn)錄的起始和基因的延伸中起著重要的作用。

組蛋白的甲基化是在賴氨酸和精氨酸上的共價(jià)修飾作用，復(fù)合物中，往往通過(guò)組蛋白和相關(guān)DNA的共價(jià)修飾來(lái)修飾染色質(zhì)。不同位點(diǎn)甲基化及甲基化的不同程度會(huì)引發(fā)不同的效應(yīng)。在基因表達(dá)的激活、抑制或者是延伸中都能夠起到一定的作用。而對(duì)于相關(guān)基因，任何修飾都不能單獨(dú)地作為表達(dá)狀態(tài)的指標(biāo)。針對(duì)組蛋白修飾的研究已有許多顯著的成果，作為重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志，對(duì)其的深入研究有著重要意義。

2植物低溫脅迫分子研究基礎(chǔ)

2.1冷響應(yīng)基因控制植物抵御低溫脅迫

越來(lái)越多的證據(jù)表明，大多數(shù)的冷脅迫耐受性是在CBF的靶點(diǎn)，即COR基因影響下表達(dá)產(chǎn)生的。目前，植物已經(jīng)獲得高度復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)寒冷的脅迫。為了穩(wěn)定植物細(xì)胞膜免受凍傷，部分植物會(huì)產(chǎn)生一系列生理生化變化，如鈣離子流入、細(xì)胞骨架重排、控制冷反應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄、調(diào)節(jié)激素水平和反應(yīng)、產(chǎn)生超氧化物歧化酶（ROS）及重塑表觀遺傳修飾等方式。

2.2植物低溫脅迫下轉(zhuǎn)錄因子

2.2.1 ICE基因

ICE基因?qū)儆诼菪画h(huán)一螺旋（bHLH）轉(zhuǎn)錄因子家族，用以調(diào)控冷調(diào)控基因的表達(dá)，主要的分子功能是與CBF基因的下游結(jié)合。

ICE基因的同源物在小麥中已被鑒定為兩種不同的CBF表達(dá)誘導(dǎo)劑TaICE41和TaICE87。在擬南芥中過(guò)表達(dá)TaICE41或TaICE87，能夠增強(qiáng)其在冷適應(yīng)下耐低溫的能力，與冷調(diào)節(jié)基因的表達(dá)較高有關(guān)。這也表明了ICE同源物在冷脅迫響應(yīng)中具有重要意義。

2.2.2 CBF基因

CBF基因是一類含激活增強(qiáng)子結(jié)合蛋白2／乙烯反應(yīng)因子（AP2/ERF）結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，是由3個(gè)轉(zhuǎn)錄激活子（CBFI-3）組成的，CBF基因本身是由寒冷誘導(dǎo)的，存在于冷響應(yīng)基因的啟動(dòng)子中，并誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄。其轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)在擬南芥等植物的冷適應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。

在CBF家族中，關(guān)于不同轉(zhuǎn)錄激活子發(fā)揮的作用，不同人有著不同的看法。研究表明，每個(gè)CBF轉(zhuǎn)錄因子在冷適應(yīng)中起重要且等效的作用。CBF2對(duì)CBF1和CBF3表達(dá)有負(fù)調(diào)節(jié)作用，CBF1和CBF3的調(diào)控方式與CBF2不同，CBF1和CBF3并不參與調(diào)節(jié)其他CBF基因，而是通過(guò)激活相同的CBF靶基因子集來(lái)調(diào)節(jié)冷適應(yīng)。通過(guò)TaCBF14和TaCBF15在大麥、小麥中表達(dá)的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CBF基因能夠顯著提高轉(zhuǎn)基因植物的耐寒性，是提高植物耐寒性的關(guān)鍵成分，一定程度上也具有平衡耐寒性和植物生長(zhǎng)的作用。而因?yàn)镃BF基因家族在染色體上的分布位置相近，具有較高的同源性，所以誘導(dǎo)CBF基因過(guò)表達(dá)，雖然會(huì)提高轉(zhuǎn)基因植株的抗凍能力，但在一定程度上也會(huì)抑制其生長(zhǎng)。

2.2.3 COR基因

COR基因一般是指由冷調(diào)控基因編碼的保護(hù)性物質(zhì)。COR基因蛋白和蔗糖、甘氨酸、甜菜堿及脯氨酸滲透液的積累，有助于在冷應(yīng)激期間維持植物細(xì)胞中膜和細(xì)胞器的完整性。包括滲透蛋白和低溫保護(hù)蛋白在內(nèi)的這些保護(hù)物質(zhì)的積累能夠促進(jìn)冷適應(yīng)和耐凍性的提高。

VOGEL J T等在2005年首次發(fā)現(xiàn)了非CBF基因蛋白調(diào)節(jié)的COR基因，并且發(fā)現(xiàn)擬南芥鋅指蛋白（ZAT12）轉(zhuǎn)錄因子能夠調(diào)節(jié)24個(gè)COR基因，包括9個(gè)冷誘導(dǎo)基因和15個(gè)冷抑制基因。證明有部分COR基因的誘導(dǎo)與表達(dá)是不通過(guò)CBF作為媒介的途徑實(shí)現(xiàn)的。但不足之處是至今對(duì)非CBF介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的研究一直不夠深入，仍有較大的研究空間。

2.2.4 MYB轉(zhuǎn)錄因子大家族

MYB（V-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog）轉(zhuǎn)錄因子大家族在植物的低溫脅迫響應(yīng)中也發(fā)揮著相對(duì)重要的作用。研究人員將MYB轉(zhuǎn)錄因子從耐低溫的甘蔗中分離并轉(zhuǎn)入到煙草，能夠顯著增強(qiáng)煙草對(duì)低溫脅迫的耐受性，跨膜螺旋結(jié)構(gòu)蛋白HHP蛋白的合成也可通過(guò)MYB96誘導(dǎo)，并與CBF基因上游調(diào)控因子相結(jié)合，激活CBF途徑，促使相關(guān)基因表達(dá)。

2.2.5其他

參與植物低溫應(yīng)答調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子還有鈣調(diào)蛋白結(jié)合的轉(zhuǎn)錄激活子（CAMTA）、NAC（矮牽牛無(wú)頂端分生組織NAM、擬南芥結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)超家族蛋白ATAF1、ATAF2和杯狀子葉基因（CUC2）、維管植物鋅指蛋白（VOZ）、WRKY轉(zhuǎn)錄因子、鋅指蛋白（ZFP）及乙烯不敏感3（EIN3）等。其中，WRKY轉(zhuǎn)錄因子是極為重要的調(diào)控蛋白家族，也是ABA響應(yīng)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

3基于ICE-CBF-COR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的分子水平調(diào)控

3.1 ICE-CBF-COR信號(hào)通路

大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，植物低溫響應(yīng)信號(hào)通路重要的轉(zhuǎn)錄激活因子主要有ICE1、ICE2、CBF1-3和MYB15，而下游的COR基因家族、脫水素家族蛋白ERD10、脫水素家族蛋白ERD14及干燥反應(yīng)蛋白29A（RD29A）等是該信號(hào)通路中重要的功能應(yīng)答基因。

3.1.1 ICE元件：CBF分子信號(hào)監(jiān)督者

ICE基因在上游起作用，誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)c-重復(fù)序列結(jié)合因子（CBF）的表達(dá)。

ICE基因編碼冷信號(hào)通路上游的轉(zhuǎn)錄因子。ICE的bHLH結(jié)合域可以與下游的冷調(diào)控基因發(fā)生特異性的相互作用。ICE攜帶保守的bHLH結(jié)合域，其在堿性區(qū)域的氨基酸序列與其他bHLH蛋白高度相似。用于與下游冷調(diào)控基因的特異性相互作用。其蛋白能夠通過(guò)與脫水響應(yīng)性元件結(jié)合蛋白（CBF3/DREBIA）啟動(dòng)子中的順式元件結(jié)合，誘導(dǎo)CBF/DREB1調(diào)控因子發(fā)揮作用。

3.1.2 CBF元件：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)鍵指揮官

CBF（CBF1、CBF2和CBF3）屬于AP2/ERF多基因家族，可在植物的冷信號(hào)通路中被ICE激活。CBF依賴型通路是目前研究的比較透徹的冷信號(hào)通路，主要是依靠ICE1-CBF-COR途徑實(shí)現(xiàn)。CBF依賴型通路中，當(dāng)植物在低溫環(huán)境下時(shí)，CBF上游的ICE1轉(zhuǎn)錄因子會(huì)增加表達(dá)量，從而促進(jìn)下游的CBF基因的轉(zhuǎn)錄，隨著CBF的增加又會(huì)促進(jìn)下游的COR基因的表達(dá)。而在大麥中通過(guò)過(guò)表達(dá)TaCBF14/TaCBF15能夠增強(qiáng)大麥中冷調(diào)控基因HvCOR14b的表達(dá)，增加耐寒性。這也說(shuō)明CBF既能被ICE激活，同時(shí)又能夠激活COR基因的表達(dá)，在信號(hào)通路中有著不可替代的關(guān)鍵作用。

3.1.3 COR元件：冷適應(yīng)環(huán)節(jié)的重要執(zhí)行者

CBF2和CBF3通過(guò)調(diào)節(jié)不同的下游COR基因集，在指導(dǎo)冷反應(yīng)方面起著更重要的作用。超過(guò)2/3的COR基因由2個(gè)或3個(gè)CBF共同調(diào)節(jié)，主要參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝過(guò)程；不到1/3的基因受1個(gè)CBF調(diào)控，上調(diào)基因在冷相關(guān)非生物脅迫反應(yīng)中得到富集。

CBF與COR基因啟動(dòng)子中的CRT/DRE序列結(jié)合，可以在應(yīng)對(duì)低溫脅迫時(shí)直接進(jìn)行轉(zhuǎn)錄激活。COR相關(guān)基因只在受低溫誘導(dǎo)后才能表達(dá)，抗寒能力也隨之出現(xiàn)和提高。在模式植物擬南芥低溫脅迫試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)COR基因如COR15a、COR78、COR47等。

3.2植物激素通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑參與冷適應(yīng)調(diào)節(jié)

一些研究也表明，ICE1-CBF-COR轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)可能在冷脅迫過(guò)程中整合如碳水化合物的積累、ROS的清除和整合的植物激素信號(hào)通路等應(yīng)激反應(yīng)通路，以促進(jìn)葉片耐凍性的改善。

3.2.1脫落酸：COR正向誘導(dǎo)劑

脫落酸（ABA）是重要的植物激素，在植物適應(yīng)生物和非生物脅迫中起著重要的作用。擬南芥中ABA缺陷突變體在誘導(dǎo)COR基因表達(dá)的過(guò)程中也出現(xiàn)了部分問(wèn)題，缺乏ABA時(shí)，植物在抗凍性方面也存在有一些缺陷，表明了ABA作為一種植物激素參與了冷信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程并在其中發(fā)揮著一定的作用。

3.2.2乙烯：CBF轉(zhuǎn)錄激活因子

試驗(yàn)表明，過(guò)表達(dá)小麥乙烯響應(yīng)因子同樣也可以激活COR基因，提高轉(zhuǎn)基因擬南芥的耐凍性。小麥病原體誘導(dǎo)的乙烯反應(yīng)因子1（ERF1）能夠通過(guò)激活乙烯信號(hào)通路下游的冷調(diào)控基因和調(diào)節(jié)相關(guān)生理性狀，正向調(diào)控冷凍脅迫。

乙烯不敏感（EIN3/EIL1）是乙烯信號(hào)通路中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，而遺傳研究表明，EIN3直接與CBF啟動(dòng)子中的EIN3結(jié)合位點(diǎn)（EBS）結(jié)合，并通過(guò)抑制擬南芥中CBF基因的冷誘導(dǎo)表達(dá)，調(diào)節(jié)冷凍耐受性。

3.2.3油菜素內(nèi)酯：CBF的正向調(diào)節(jié)劑

油菜素內(nèi)酯受體通過(guò)ICE1-CBF-COR信號(hào)通路可以正向調(diào)控番茄的耐寒性。油菜素內(nèi)酯（BR）控制的基本螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子CESTA（CES）可有助于控制CBF轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)并調(diào)控COR基因表達(dá)。

而油菜素內(nèi)酯受體的過(guò)表達(dá)正向影響ROS清除系統(tǒng)、光系統(tǒng)的光抑制及植物激素的生物合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。能夠增加對(duì)低溫脅迫的耐受性。影響轉(zhuǎn)錄因子、冷調(diào)控蛋白和ICE1-CBF-COR信號(hào)通路基因的轉(zhuǎn)錄水平，是CBF基因的正向調(diào)節(jié)劑。

3.3 DNA甲基化修飾低溫脅迫信號(hào)的源頭

目前，DNA甲基化是研究的最清楚、最重要的一種修飾方式。在植物克服低溫脅迫過(guò)程中，DNA甲基化程度發(fā)揮了非常重要的作用。

RAKEI A等的試驗(yàn)表明，在冷應(yīng)激期間，對(duì)鷹嘴豆來(lái)說(shuō)耐受基因型、易感基因型甲基化水平比去甲基化相比更高。確定了在耐寒性中起重要作用的特定DNA序列，其可能的響應(yīng)成分與植物中的冷脅迫相關(guān)。這些都說(shuō)明了DNA甲基化具有調(diào)節(jié)冷脅迫信號(hào)的能力。但對(duì)于DNA的甲基化是如何被其他因子影響還存在著一些疑問(wèn)。

GARG R等的研究也一定程度上填補(bǔ)了這一區(qū)域的空白。證明在低溫處理后不同類型的植物甲基化結(jié)果也有所區(qū)別。DNA甲基化控制miRNA參與植物抗逆調(diào)節(jié)。這也說(shuō)明了miRNA等表觀遺傳信息也能反過(guò)來(lái)影響DNA甲基化。因此，針對(duì)包括轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)和翻譯后修飾在內(nèi)的部分表觀遺傳信息的進(jìn)一步研究也或多或少地影響著DNA甲基化研究的進(jìn)程。

3.4組蛋白修飾在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的重要作用

組蛋白修飾是一種重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志，在研究和揭示植物深層次的抗寒機(jī)理有著不可忽視的重要作用。

3.4.1轉(zhuǎn)錄后修飾

在ICE-CBF-COR信號(hào)通路中，ICE1可以受到泛素化介導(dǎo)的蛋白水解的負(fù)調(diào)控，激活轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制，如前mRNA剪接、mRNA輸出和miRNA定向mRNA降解，這些也在冷應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。通過(guò)染色質(zhì)重塑能夠改變COR基因的轉(zhuǎn)錄活性，使其更容易被轉(zhuǎn)錄。

3.4.2翻譯后修飾

ICE1的活性主要在蛋白水平上通過(guò)轉(zhuǎn)錄后和翻譯后修飾進(jìn)行調(diào)控。在冷應(yīng)激中調(diào)節(jié)ICE-CBF級(jí)聯(lián)通路中具有重要意義。翻譯后修飾包括蛋白水解裂解，添加磷酸基、乙?；⒓谆裙倌軋F(tuán)，在調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)活性中構(gòu)成重要作用。

研究表明，CBF（CBF1、CBF2和CBF3）雖然具有相似的序列結(jié)構(gòu)和結(jié)合特性，但由于它們?cè)诓煌鞍仔蛄猩系膸追N修飾，具有不同的作用。

目前針對(duì)植物翻譯后修飾對(duì)ICE-CBF-COR信號(hào)通路的影響主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)了相關(guān)研究。

3.4.2.1磷酸化修飾

磷酸化在植物的冷馴化過(guò)程中起著重要作用，是一種可逆的蛋白質(zhì)修飾，高度依賴于激酶和磷酸酶。

從理論上來(lái)說(shuō)，磷酸化是ICE基因最重要的翻譯后修飾之一，并能夠通過(guò)蛋白激酶超家族蛋白（OST1）等轉(zhuǎn)錄因子多種方式的作用能夠介導(dǎo)ICE和CBF，調(diào)節(jié)低溫脅迫耐受性。實(shí)際上，近幾年的研究表明，OST1可以磷酸化擬南芥和水稻中的ICE1以防止泛素蛋白連接酶（HOS1）對(duì)ICE1的降解；OST1也可以通過(guò)磷酸化與CBF基因結(jié)合的底物堿性轉(zhuǎn)錄因子3（BTF3）來(lái)調(diào)控CBF基因的表達(dá)。這些也為將來(lái)深入探索翻譯后修飾提供了研究基礎(chǔ)。

3.4.2.2泛素化修飾

泛素化修飾作為翻譯后修飾的重要環(huán)節(jié)，對(duì)植物低溫脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中ICE元件的協(xié)調(diào)有著不可忽視的作用。

相關(guān)研究證明，E3泛素連接酶能夠通過(guò)與靶分子相互作用，為泛素化反應(yīng)提供支架，發(fā)揮最重要的作用。而冷調(diào)節(jié)基因受到E3-泛素連接酶（多泛素化）的影響，該連接酶調(diào)節(jié)它們的表達(dá)和冷脅迫耐受性。HOS1是一種環(huán)指E3泛素連接酶，在冷應(yīng)激反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，通過(guò)介導(dǎo)ICE1的降解，參與冷脅迫的負(fù)反饋調(diào)控。而ICE-CBF蛋白泛素化調(diào)控的周轉(zhuǎn)率也可以提高植物的低溫脅迫耐受性。由此表明部分泛素化修飾能夠通過(guò)調(diào)節(jié)編碼冷信號(hào)通路上游的轉(zhuǎn)錄因子和一些冷響應(yīng)基因的誘導(dǎo)因子，從而使植物實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫脅迫的特異性表達(dá)。

3.5環(huán)境因子影響信號(hào)元件表達(dá)

3.5.1生物鐘調(diào)控作用

有學(xué)者指出，生物鐘也在—定程度上影響CBF和COR基因的表達(dá)，如COR27和COR28作為夜間抑制因子的作用，整合生物鐘和植物冷脅迫反應(yīng)。FOWLER S G等的試驗(yàn)說(shuō)明冷誘導(dǎo)的CBF1-3的表達(dá)同樣也受到生物鐘的調(diào)控。而針對(duì)生物鐘的相關(guān)研究作為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)之一，不僅在植物成花誘導(dǎo)生理中有作用，而且與光周期反應(yīng)的外源節(jié)律耦合模式一同在植物的逆境生理中發(fā)揮著不可或缺的調(diào)控作用。

3.5.2光質(zhì)量調(diào)節(jié)能力

光照是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因子，而光質(zhì)量對(duì)于植物冷脅迫基因的表達(dá)有重要作用。如研究人員發(fā)現(xiàn)光能夠刺激COR 15a及其同源轉(zhuǎn)錄因子基因CBF的表達(dá)。但對(duì)于不同波長(zhǎng)的光，如紅光和遠(yuǎn)紅光的相關(guān)研究仍不充分。在之后的研究中，有關(guān)試驗(yàn)表明，紅光（R）和遠(yuǎn)紅光（FR）是通過(guò)冷處理誘導(dǎo)CBF表達(dá)所必需的，低R/FR比顯著促進(jìn)了CBF的表達(dá)和振蕩，增強(qiáng)了植物的抗寒性。這為今后進(jìn)行相關(guān)抗寒馴化，即通過(guò)改變植物生長(zhǎng)環(huán)境的光質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)植物的定向改造提供了一種新的思路與新的可能。

3.5.3光周期影響因素

除了光質(zhì)量以外，光周期也是影響植物抗寒性的重要環(huán)境因子之一。研究表明，在短日照條件下植物抗寒性增強(qiáng)，CBF表達(dá)量也相對(duì)較高。而在長(zhǎng)日照條件下，植物色素相互作用因子PIF4和PIF7直接與CBF啟動(dòng)子結(jié)合并抑制其表達(dá)，從而降低了植物的冷凍耐受性。對(duì)包括光敏色素和內(nèi)源節(jié)律信號(hào)調(diào)節(jié)下的光周期的深入研究也將為繼續(xù)探索植物抗寒機(jī)理留下新的線索。

4結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，針對(duì)冷信號(hào)的研究在植物的生長(zhǎng)發(fā)育、花期調(diào)節(jié)、保鮮貯藏和遺傳育種中都起著至關(guān)重要的作用。而推動(dòng)當(dāng)下相關(guān)基因功能探索，對(duì)今后諸如不同植物冷脅迫條件下的育種工作、提高植物抗寒性、部分園藝作物的低溫保鮮和采后貯藏、延長(zhǎng)觀賞植物的花期進(jìn)行花期調(diào)控等方面的進(jìn)一步發(fā)展，有著不可或缺的影響。

隨著基因測(cè)序技術(shù)、生物信息分析技術(shù)的發(fā)展與蛋白互作網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、基因共表達(dá)分析技術(shù)的成熟，進(jìn)行相關(guān)基因功能探索、分析序列與作用位置的研究會(huì)更輕松更快捷。如果能從大數(shù)據(jù)中快速提取出關(guān)鍵的抗寒作用因子，再結(jié)合包括超表達(dá)、基因沉默、基因編輯技術(shù)在內(nèi)的基因功能核驗(yàn)技術(shù)與現(xiàn)代分子成像技術(shù)，人們對(duì)植物抗寒機(jī)理的認(rèn)識(shí)也將更加全面深入。有了新的生理生化和分子生物學(xué)相關(guān)理論基礎(chǔ)，相關(guān)領(lǐng)域的研究也會(huì)有更明朗的前景。

盡管如此，冷脅迫的潛在分子機(jī)制，特別是在部分常綠草本植物中，是不完整的，流程中的關(guān)鍵組件也尚未完全確定。仍需要進(jìn)一步分析詳細(xì)的機(jī)制和其他調(diào)控因子，以充分了解激素變化、溫度變化、基因轉(zhuǎn)錄翻譯對(duì)ICE、CBF和COR表達(dá)的影響。

進(jìn)一步識(shí)別其他分子的功能和信號(hào)通路、互作關(guān)系等也具有一定的重要性和緊迫性。想要了解ICE-CBF-COR途徑，還需要進(jìn)一步了解植物激素反應(yīng)是在何種植物中在怎樣的條件下能夠如何影響包括ICE-CBF-COR在內(nèi)及其他冷脅迫相關(guān)機(jī)制，以及充分了解選擇性剪接、染色質(zhì)修飾和甲基化對(duì)ICE、CBF和COR基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的影響。

植物在遭遇非生物脅迫時(shí)產(chǎn)生的變化仍是一個(gè)復(fù)雜而多變的過(guò)程，需要深入研究，對(duì)基因表達(dá)的檢測(cè)也大多僅僅集中在葉肉細(xì)胞相關(guān)的研究，對(duì)植物其他細(xì)胞及組織冷脅迫基因表達(dá)情況的研究也相對(duì)較少。單從一個(gè)角度去探討植物的抗寒機(jī)理遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要對(duì)逆境中植物不同細(xì)胞、不同組織發(fā)出的不同響應(yīng)，在植物細(xì)胞、生理特性和分子機(jī)理等研究基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，以分析寒冷脅迫下更深層次的機(jī)制。

進(jìn)一步的研究可以嘗試探索不同基因在面對(duì)低溫脅迫時(shí)的不同表達(dá)情況，以期建立起冷脅迫中不同反應(yīng)途徑之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)，分析不同脅迫下分子變化的異同點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)植物逆境生理研究更大程度的飛躍。