Erianthus fulvus中DREB1转录因子的全基因组鉴定及EfDREB1C调控转基因拟南芥和甘蔗耐冷性的功能研究

为解析甘蔗近缘野生种Erianthus fulvus的耐冷机制，研究人员通过全基因组分析鉴定出11个EfDREB1/CBF转录因子，发现EfDREB1C通过激活Ca2+信号、糖代谢及抗氧化基因等通路显著提升转基因拟南芥和甘蔗的低温耐受性，为甘蔗抗寒育种提供了关键靶点。

　　

论文解读：

在热带作物中，甘蔗（Saccharum officinarum）作为全球80%蔗糖和40%燃料乙醇的来源，对低温极其敏感，而寒冷胁迫会严重限制其种植区域和产量。尽管其近缘野生种Erianthus fulvus（又称Saccharum fulvus）因适应海拔2800米的高寒环境被视为抗寒育种的珍贵资源，但其耐冷分子机制尚不明确。尤其关键的是，植物中保守的ICE1-CBF-COR（冷响应核心模块）通路在甘蔗及其近缘种中的功能研究几乎空白。

为填补这一空白，研究人员通过全基因组分析在E. fulvus中鉴定出11个DREB1/CBF家族基因，其中EfDREB1C被证实具有核定位功能及强转录自激活活性。通过转基因技术将其导入拟南芥和甘蔗后，植株的耐寒性显著提升。RNAseq分析进一步揭示，EfDREB1C通过上调Ca²⁺信号（如蛋白激酶）、糖代谢（如蔗糖合成酶）、多胺合成（如腐胺）及抗氧化基因（如过氧化物酶）等协同增强细胞稳定性。这项研究不仅首次系统解析了E. fulvus的DREB1家族特征，还为甘蔗抗寒分子设计育种提供了理论依据和实用靶点。

关键技术包括：1）基于E. fulvus基因组的DREB1家族生物信息学鉴定；2）转基因拟南芥和甘蔗的低温表型分析；3）双荧光素酶报告系统验证EfDREB1C的转录激活能力；4）RNAseq解析下游调控网络（样本为转基因甘蔗叶片）。

研究结果：

1. EfDREB1家族的系统鉴定：11个成员中，EfDREB1A-EfDREB1E在染色体2上成簇排列，与甘蔗、高粱等物种的DREB1基因存在共线性。
2. 冷诱导表达模式：7个基因（如EfDREB1C）在12小时低温处理后快速响应，提示其作为早期冷应答因子的作用。
3. EfDREB1C的功能验证：该蛋白定位于细胞核，其启动子含低温响应元件；转基因植株的电解质渗漏率降低50%，存活率提高2倍。
4. 调控网络解析：RNAseq发现EfDREB1C通过激活COR（冷调节基因）、激素信号（如ABA）及抗氧化途径（如SOD）增强耐寒性。

结论与意义：该研究揭示了E. fulvus中DREB1基因的进化保守性与功能分化，证实EfDREB1C可通过多通路协同提升作物耐寒性。其启动子元件和下游靶基因的发现为分子标记辅助育种提供了新工具，而转基因甘蔗的成功案例则展示了野生种质资源在作物改良中的巨大潜力。论文发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为甘蔗抗寒研究领域的重要突破。