【正文】 課題研究方案和技術(shù)路線）： （ 1）、課題 4 擬利用項(xiàng)目組成員多年積累的耐鹽、耐低溫、耐高滲脅迫的擬南芥和水稻突變體及 TDNA 插入突變體庫(kù)，綜合應(yīng)用遺傳分析、圖位克 隆、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、功能基因組和蛋白質(zhì)組等研究方法，克隆一批新的重要逆境信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子和抗逆功能基因，詳細(xì)解析這些新基因的生化功能及與其它相關(guān)基因的互作機(jī)制。 （ 2）、課題 5 則主要 利用生物信息學(xué) 和比較基因組學(xué) 的理論與方法， 分析課題 4 的研究結(jié)果， 結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 進(jìn)行進(jìn)一步分析整合，利用PathwayAssist 等網(wǎng)絡(luò)分析方法， 建立植物應(yīng)答高鹽、低溫 、高滲 脅迫的分子調(diào)控 “網(wǎng)絡(luò) ”機(jī)制 工作 模型 。通過(guò)數(shù)據(jù)和結(jié)果的整合與分析逐步完善分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)模型隨時(shí)對(duì)課題 4 的研 究?jī)?nèi)容進(jìn)行必要調(diào)整。 （ 3）、課題 6 則綜合利用上述課題的研究結(jié)果（包括重要抗逆基因、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子、基因互作機(jī)制等）， 通過(guò) 對(duì) 基因表達(dá)啟動(dòng)子和多基因表達(dá)載體 的改造或構(gòu)建 ，建立能實(shí)現(xiàn)調(diào)控抗逆基因適時(shí)、適地、適量表達(dá)的作物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù) ，對(duì) 重要耐鹽、耐低溫基因的生物學(xué)整合效應(yīng) 進(jìn)行 分析 。 項(xiàng)目的創(chuàng)新性和特色： （ 1）從項(xiàng)目的整體思路上，提出了 植物應(yīng)答高鹽和低溫脅迫的 “信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、代謝調(diào)控 ”分子機(jī)制三個(gè)層次的 研究方案 。 提出的“植物應(yīng)答高鹽、低溫脅迫的 RCC 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑”和以“轉(zhuǎn)錄因子和蛋白激酶”為中心的轉(zhuǎn)錄調(diào)控和代謝調(diào)控途徑工作模型等包含了一些有明顯創(chuàng)新性的研究?jī)?nèi)容。整體研究方案 有利于系統(tǒng)、全面地探討植物應(yīng)答高鹽、低溫脅迫的分子調(diào)控機(jī)理，也有助于逐步闡明植物應(yīng)答逆境脅迫的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、 轉(zhuǎn)錄調(diào)控、代謝調(diào)控 等之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。 （ 2） 在研究方案中，特別注重 充分利用最新的生物信息學(xué)和比較基因組學(xué)的理論與方法，綜合植物抗逆生物學(xué)和功能基因組學(xué)研究的海量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步建立植物應(yīng)答高鹽、低溫脅迫的分子調(diào)控“網(wǎng)絡(luò)”機(jī)制模型，并隨時(shí)根據(jù)研究進(jìn)展不斷完善相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)模型。 有可能 在 3?5 個(gè)調(diào)控途徑和 2?3 個(gè)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制方面獲得有創(chuàng)新意 義的重要進(jìn)展或突破。 （ 3）獲得一批 對(duì)植物耐鹽、耐低溫性狀表達(dá)有重要功能或調(diào)控作用、并有重要應(yīng)用前景的新基因并完成對(duì)其功能的解析。 （ 4）提出作物耐鹽、耐低溫性狀改良的分子育種設(shè)計(jì)方案， 實(shí)現(xiàn)對(duì) 重要耐鹽、耐低溫基因的生物學(xué)整合效應(yīng) 的 分析 研究。 課題設(shè)置、各課題主要研究?jī)?nèi)容、參加人員及單位等： 課題 植物細(xì)胞響應(yīng)高鹽、低溫脅迫的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子調(diào)控機(jī)理 本課題主要以模式植物（擬南芥、水稻）的重要細(xì)胞模型（如氣孔保衛(wèi)細(xì)胞、根毛等）為 研究系統(tǒng) ，探討作物感受、傳遞、響應(yīng)高鹽 、 低溫滲等非生物脅迫信號(hào)的跨膜及細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn) 導(dǎo)的分子機(jī)理。 課題組人員已經(jīng)獲得了一系列重要的前期研究結(jié)果，包括： Ca2+/CaM 可能參與逆境信號(hào)途徑中轉(zhuǎn)錄因子活性調(diào)節(jié)、鹽脅迫下 水稻類受體激酶 WAK 的轉(zhuǎn)錄增加、鹽脅迫誘導(dǎo)質(zhì)外體多肽類受體激酶 DUF26 轉(zhuǎn)譯增加、細(xì)胞骨架對(duì)離子通道有廣泛的調(diào)控作用、獲得了與耐鹽堿脅迫相關(guān)的擬南芥 PKS5 突變體、證明了細(xì)胞質(zhì)膜鉀和鈣離子通道受細(xì)胞骨架和蛋白激酶調(diào)控、證明了至少有 2 個(gè) CDPKs 參與鹽脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可能作為滲透脅迫感受器（ osmosensors）的包括 10 個(gè)成員的基因家族等等。根據(jù)這些研究結(jié)果， 提出了 RCC 途徑作為進(jìn)一步研究的工作模型（見(jiàn)以下 RCC 途徑示意圖）， 其中重點(diǎn)研究胞外多肽 和 植物激素（乙烯和 ABA）、 類 受體激酶、 鈣信使、磷酯 酶 D 和 磷酯 酸（ PLD/PA） 、 細(xì)胞骨架、 蛋白激酶 （ CDPK / CIPK / PKS 等）、離子通道 等參與的逆境信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中上、下游信號(hào)組分 的作用 及相互間的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控關(guān)系。 具體 研究 內(nèi)容包括：（ 1）、介導(dǎo) 高鹽、低溫 逆境信號(hào)感受與傳遞的 質(zhì)外體多肽 、類受體激酶 及滲透敏感膜蛋白 的分子鑒定與作用機(jī)制研究；（ 2）鈣、磷脂酶D/磷脂 酸 及 H2O2 等第二信使在 植物響應(yīng)高鹽、低溫脅迫 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的 分子 作用機(jī)制；（ 3） 鈣信使上游的鈣離子通道、下游的 鈣依賴型蛋白激酶（ CDPK）和 CBL/CIPK 基因家族成員參與 植物應(yīng)答高鹽、低溫脅迫的 的功能基因組研究； （ 4）細(xì)胞微管和微絲骨架感受或傳遞高鹽、低溫脅迫信號(hào)的分子機(jī)理；（ 5）蛋白激酶 PKSs 對(duì) H+ATPase 的分子調(diào)控機(jī)制及在植物耐堿性狀表達(dá)中的功能。 課題研究?jī)?nèi)容的創(chuàng)新性和預(yù)期的可能突破點(diǎn)：上述研究?jī)?nèi)容中涉及的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子在植物響應(yīng)高鹽、低溫脅迫過(guò)程中的作用和分子互作機(jī)理均屬未知，而我們尚未發(fā)表的前期研究結(jié)果已初步證明它們?cè)谥参锏哪婢承盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中有重要作用 ，因此具有明顯的創(chuàng)新性。預(yù)期的可能突破點(diǎn)有：明確鑒定 23 種在植物感受和傳遞高鹽、低溫脅迫信號(hào)中有重要功能的受體激酶并闡明其分子作用機(jī)理；闡明細(xì)胞骨架動(dòng)態(tài)變化與植物細(xì)胞感受和傳遞逆境脅迫信號(hào)的關(guān)系；明確鑒定 35 種在植物感受和傳遞高鹽、低溫脅迫信號(hào)中有重要功能的 CDPK、 CBL/CIPK 等鈣依賴型蛋白激酶并闡明其分子作用機(jī)理；闡明通過(guò) CBL/CIPK、 蛋白激酶 PKSs 和 H+ATPase 響應(yīng)堿性環(huán)境脅迫的信號(hào)途徑。 課題預(yù)期目標(biāo)：完成對(duì)植物響應(yīng)逆境信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中 10 個(gè)以上 新 關(guān)鍵組分的鑒定、功能和調(diào)控機(jī)制分析 ，包括 ： 明確 3?5 個(gè)與逆境信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的質(zhì)外體多肽及其作用的類受體激酶的分子作用機(jī)制 ， 鑒定并分析 2?3 個(gè)對(duì)植物耐鹽、耐低溫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的 CDPKs 和 CBL/CIPKs 在逆境信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的生化調(diào)控功能；完成對(duì)與 PSK5 相互作用并在鹽脅迫信號(hào)中發(fā)揮作用的新細(xì)胞因子的鑒定；鑒定受 ２ ?３個(gè)磷脂酶 D 和磷脂酸作用的下游靶分子，闡明磷脂對(duì)靶分子的分子調(diào)控作用機(jī)理 。在上述工作基礎(chǔ)上與課題 5 密切合作，分析不同因子間的分子互作關(guān)系， 建立植物 響應(yīng) 高鹽、低溫 等 逆境 脅迫的 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 網(wǎng)絡(luò) 途徑模型 。 發(fā)表 SCI 論文 30 篇 （ 其中影響因子 大于 5 的 論文 8 篇 以上） 。培養(yǎng)博士后 6 人、博士及碩士研究生 20 人。 課題負(fù)責(zé)人： 孫大業(yè) 主要 承擔(dān)單位： 河北師范大學(xué)，北京生命科學(xué)研究所 ，南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 主要學(xué)術(shù)骨干：孫 大業(yè) 、 郭 巖、 章文華 專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)比例： % 課題 植物響應(yīng)高鹽、低溫脅迫的基因 轉(zhuǎn)錄調(diào)控： 本課題圍繞植物應(yīng)答高鹽、低溫脅迫過(guò)程中基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)機(jī)理的重要科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展研究。 重點(diǎn)研究一些 項(xiàng)目組成員前期工作中已取得重要結(jié)果的、在響應(yīng) 高鹽或低溫信號(hào) 中 有 重要 作用的 轉(zhuǎn)錄因子及其作用的啟動(dòng)子調(diào)控元件 ，并分析它們 所調(diào)控 的 基因表達(dá)種類和模式等 。本課題主要研究 內(nèi)容可概括為轉(zhuǎn)錄因子上游調(diào)控因子、轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄下游調(diào)控機(jī)制三個(gè)層次（見(jiàn)以下示意圖），具體內(nèi)容 包括： （ 1） ERFs 類轉(zhuǎn)錄因子的上、下游基因的克隆及其編碼蛋白的生化分析和其啟動(dòng)子區(qū)域調(diào)控元件的研究，分析此類轉(zhuǎn)錄因子在乙烯及 ABA 信號(hào)途徑中的分子調(diào)控作用機(jī)制； （ 2）依賴 ABA的 轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的上游調(diào)節(jié)因子的 鑒定及功能分析，研究其調(diào)控相應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的機(jī)制及 參與 ABA 和非生物脅迫 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控 機(jī)制 ； （ 3） 分析與植物響應(yīng)高鹽、低溫脅迫密切相關(guān)的一些重要 轉(zhuǎn)錄因子（如 WRKYWRKY7 bZIP bMyb bHLH、 Dof2）及轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合蛋白（如 TTG1等）的功能與作用機(jī)制， 克隆與逆境應(yīng)答相關(guān)的新的轉(zhuǎn)錄 調(diào)控 因子并對(duì)其 功能和作用進(jìn)行分析；（ 4）與課題 1 合作，分析研究 WRKY、 bZIP、bMyb 和 bHLH 等家族部分成員活性 受磷酸化調(diào)控的分子機(jī)制，鑒定并研究 35 個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄因子蛋白激酶； （ 5）與課題 4 合作， 鑒定所克隆的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的 、與逆境應(yīng)答相關(guān)的 靶基因 ，分析這些 基因 的 產(chǎn)物 所參與或 調(diào)節(jié)的抗逆代謝過(guò)程 （如細(xì)胞壁成分、色素等次生代謝途徑及小分子滲透物質(zhì)、無(wú)機(jī)離子等的積累與分配）。 課題預(yù)期目標(biāo)： 克隆參與耐鹽、耐低溫 逆境應(yīng)答的 重要的 新轉(zhuǎn)錄因子 及相關(guān)的蛋白激酶基因 8－ 10 個(gè)， 完成對(duì) ERF、 ABP、 Myb、 WRKY、 bHLH 等轉(zhuǎn)錄因子家族中參與植物耐鹽、耐低溫等轉(zhuǎn)錄調(diào)控過(guò)程的部分關(guān)鍵因子的分子作用機(jī)制 研究。通過(guò)與課題 5 的合作 ， 初步 建立植物響應(yīng)及適應(yīng)高鹽、低溫等逆境脅迫的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型， 為今后 作物抗逆性狀的分子改良設(shè)計(jì)提供理論模型。 申請(qǐng)發(fā)明專利 8?10 項(xiàng)；發(fā)表 SCI 論文 20 篇（其中影響因子大于 5 的論文 8 篇以上）。培養(yǎng)博士后 6 人、博士及碩士研究生 20 人。 課題負(fù)責(zé)人： 陳受宜 承擔(dān)單位： 中科院遺傳與發(fā)育研究所，中國(guó)農(nóng)科 院生物技術(shù)所 主要學(xué)術(shù)骨干： 陳受宜，黃榮峰，周奕華 專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)比例： % 課題 重要耐鹽、耐低溫新基因的克隆與功能研究 充分利用擬南芥、水稻的耐鹽、耐低溫突變體 克隆 與 耐逆性狀（重要表型和關(guān)鍵代謝途徑）相關(guān)的 重要新功能 基因 ，并進(jìn)行其表達(dá)調(diào)控和 功能 調(diào)控機(jī)理的 研究 。 具體研究?jī)?nèi)容包括： （ 1）利用已經(jīng)獲得的 2 個(gè) 耐高鹽 （ skc1 和 st1）、2 個(gè) 耐低溫水稻 突變體（ qsct1 和 qsct5）、 5 個(gè)耐高鹽擬南芥突變體 （ hst1 ? hst5）和 3 個(gè)耐低溫?cái)M南芥突變體（ ltt1, ltt2, lts1） 克隆重要耐鹽和 耐低溫相關(guān)基因，并研究 這些 基因的表達(dá)調(diào)控和生化功能； （ 2）研究對(duì)滲透脅迫敏感、編碼膜通道蛋白的 OSR 家族 10 個(gè)成員（ OSR1 ? OSR10）的功能； （ 3）通過(guò) 對(duì) 擬南芥和水稻 在高鹽、低溫處理下的基因 表達(dá)譜（基因芯片） 的 分析 獲得耐高鹽、耐低溫新基因信息（已完成鹽脅迫誘導(dǎo)的擬南芥和水稻基因芯片分析），利用相應(yīng)基因的 T－ DNA 插入突變體 進(jìn)行耐鹽、耐低溫表型分析鑒定及相關(guān)的遺傳學(xué)研究，詳細(xì)分析研究其中顯著影響植株耐鹽、耐低溫表型的基因的功能； （ 4） 與課題 5 合作， 分析研究 并建立 上述與耐鹽、耐低溫相關(guān)的基因 之間的互作關(guān)系 及調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 。 課題預(yù)期目標(biāo)： 完成 對(duì)植物耐鹽、耐低溫等脅迫性狀表達(dá)有重要作用的 10個(gè)以上新功能基因的克隆、表達(dá)調(diào)控及功能分析， 為今后應(yīng)用 基因工程技術(shù)進(jìn)行作物抗逆性改良的 分子 設(shè)計(jì)育種提供有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要功能基因。申請(qǐng)發(fā)明專利 8?10 項(xiàng)；發(fā)表 SCI 論文 25 篇 （ 其中影響因子 大于 5 的論文 8篇 以上） 。培養(yǎng)博士后 6 人、博士及碩士研究生 20 人。 課題負(fù)責(zé)人： 武維華 承擔(dān)單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)， 中科院上海植生所，中科院植物研究所 主要學(xué)術(shù)骨干： 武維華，高繼平，李香花 專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)比例： % 課題 特殊 生境資源植物中重要耐鹽、耐低溫基因的克隆與功能研究 本課題擬選擇有代表性耐鹽或耐低溫性狀、與模式植物有一定可比性、便于做遺傳轉(zhuǎn)化、生長(zhǎng)發(fā)育周期較短的資源植物種類，利用理化誘變和 TDNA插入等方法建立突變體庫(kù)，通過(guò)篩選耐鹽或耐低溫突變體，克隆與耐鹽或耐低溫性狀相關(guān)的重要新功能基因，探討植物在 特殊生境