植物与其它多细胞复杂生物体的显著区别在于植物营固着生活,因而在整个生命周期中,植物被迫忍受各种各样的不利环境(如土壤盐害、干旱、涝害、低温、高温、病原菌侵袭、机械损伤等)。其中低温是影响植物自然分布和作物产量的主要限制因子之一。在长期的进化过程中植物形成了响应低温和提高低温抗性的机制。植物感受低温信号之后,启动防御机制,包括物理结构适应(质膜组成改变和细胞骨架重排)、胞内渗透保护物质(可溶性糖、脯氨酸、甜菜碱等)含量增加、抗氧化剂的合成水平上升(如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸酶等)、低温诱导蛋白(如抗冻蛋白、脱水蛋白、热激蛋白等)的合成等等,使植物体内建立新的物质和能量代谢平衡,从而在低温环境下存活。最近的研究发现植物中至少存在两类低温信号转导途径:依赖ABA的途径和不依赖ABA的途径。人们对于ABA在植物低温抗性中的作用仍不是很清楚,而在不依赖ABA的低温信号转导过程中,由CBF/DREB1类转录因子介导的低温信号和抗性机制在植物抵抗低温胁迫中发挥了重要作用,也是目前了解最清楚的一条植物响应低温的信号转导通路。CBF/DREB1类转录因子受低温瞬时诱导,并且该诱导是不依赖于ABA的。CBF/DREB1作为转录激活因子特异性的识别并结合启动子中的CRT/DRE顺式作用元件,激活启动子中含有CRT/DRE元件的胁迫响应基因的表达,从而提高植物的低温抗性。CBF/DREB1类转录因子在多种植物中被发现,并且超表达其中的某个成员能够显著提高转基因植株的低温抗性,同时对其它非生物胁迫(盐胁迫、渗透胁迫等)的抗性也有所提高。超表达CBF/DREB1类转录因子除提高了转基因植株的非生物胁迫的抗性外,还对转基因植株的生长发育造成了很大影响,比如生长缓慢,矮化迟花等。但是人们对于CBF/DREB1类转录因子影响植物生长发育的机理,仍不是很清楚。棉花是一种古老而重要的经济作物,其生长和产量均受到低温的严重影响。因此研究棉花响应低温的机理,提高棉花的低温抗性具有重要的理论和应用价值。在克隆得到了棉花中的CBF/DREB1,即GhDREB1后,对其表达模式和功能进行了检测:(1)利用洋葱表皮进行的瞬时表达实验证实GhDREB1特异性地定位于细胞核中,符合其作为转录因子的特征;(2)通过TAIL-PCR方法,我们克隆得了GhDREB1的启动子序列。利用GFP和GUS两种报告基因证实,GhDREB1启动子受到低温的诱导。通过软件分析发现该启动子区域除了存在低温响应元件外,还存在赤霉素响应元件。在BY-2悬浮细胞及棉花幼苗中的检测都证实,GhDREB1受到赤霉素的负调控;(3)GhDREB1在烟草中的超表达激活了烟草中胁迫响应基因的表达,调高了转基因烟草中脯氨酸的含量,从而提高了转基因烟草的抗冷性,但没有提高转基因烟草的抗冻性;(4)GhDREB1在烟草中的超表达降低了转基因烟草中赤霉素的含量,导致转基因烟草呈现矮化、迟花的表型;(5)GhDREB1在模式植物拟南芥中超表达导致转基因拟南芥株型变小、叶色加深、匍匐生长,延迟开花,并且主茎上最初的几朵花是雄性不育的。但GhDREB1只是延缓了转基因拟南芥的生长发育,最终转基因拟南芥的生物量及种子产量要略高于野生型;(6)在检测的各种激素中,只有外源赤霉素能够恢复超表达GhDREB1拟南芥的表型。赤霉素含量标志基因检测及赤霉素含量的测定结果都表明GhDREB1降低了转基因拟南芥中具有生物活性的赤霉素的含量。但RT-PCR的结果显示参与赤霉素合成的基因(GA20ox和GA3ox)的表达水平并没有降低,参与赤霉素降解的基因(GA2ox)的表达水平也没有升高;(7)虽然在转基因烟草中没有检测到GhDREB1能够提高转基因烟草的抗冻性,但是GhDREB1却明显提高了转基因拟南芥的抗冻性。此外,转基因拟南芥的盐胁迫和渗透胁迫的抗性也明显提高。进一步的研究发现,GhDREB1特异性的激活了启动子中含有CRT/DRE元件的胁迫响应基因的表达,在超表达植株中具有更高的脯氨酸和总离子含量;(8)GhDREB1抑制了转基因拟南芥从营养生长向生殖生长的转变,RT-PCR的结果显示GhDREB1除了通过降低赤霉素含量来影响开花外,还影响了与开花相关的春化途径和光周期途径;(9)GhDREB1通过间接的抑制B型和A型ARR基因的表达,抑制了转基因拟南芥体内细胞分裂素的信号转导,从而使超表达GhDREB1拟南芥对外源细胞分裂素的敏感性降低。