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低温胁迫影响植物生长及农作物产量,研究植物的低温胁迫机制和耐冷性具有重要意义。已有研究结果表明,植物适应低温胁迫的调节机制包括CBF-COR信号调控以及依赖激素脱落酸(ABA)的分子调控等。目前,已知拟南芥质膜相关的钙离子结合蛋白-2(PCaP2)又名微管结合蛋白18(MAP18),具有微管去稳定性和微丝(F-actin)切割活性,参与调控ABA信号途径,在根、下胚轴、花和子叶中广泛表达。有研究报道,低温胁迫下PCaP2的表达量比其他胁迫或激素刺激时的表达量升高了8倍,然而目前还未见PCaP2在低温胁迫下作用及其机制的研究报道。本试验以拟南芥野生型(WT)、PCaP2过表达(PCaP2-OE)、突变体(pcap2)和PCaP2-RNAi转基因植株为试验材料,首先检测低温胁迫下拟南芥PCaP2在基因和蛋白水平上的表达情况;然后观察并分析低温胁迫下拟南芥WT、PCaP2-OE、pcap2和PCaP2-RNAi植株的生长情况;同时检测低温胁迫下PCaP2转基因植株中低温响应基因表达情况;此外,研究了低温胁迫下PCaP2微管去稳定性和微丝切割活性的作用;最后,探究了PCaP2在低温信号和ABA信号交互中的作用,从而揭示低温胁迫下PCaP2的作用及其机制。主要研究结果如下:1.低温胁迫诱导PCaP2上调表达。正常条件(22℃)下,拟南芥PCaP2主要在子叶、下胚轴、侧根和主根中表达,在真叶中几乎不表达;低温(4℃)处理后,拟南芥PCaP2在子叶、真叶、下胚轴、侧根和主根中的表达显著增强,且在子叶、真叶和根中的表达量在低温处理3 h时达到峰值。2.正常条件(22℃)下,拟南芥WT、PCaP2-OE、pcap2和PCaP2-RNAi种子萌发和生长情况无显著差异;低温胁迫(14℃)下,拟南芥WT、PCaP2-OE、pcap2和PCaP2-RNAi的种子萌发率、根长、侧根数和叶面积差异显著,与WT相比,pcap2突变体植株的根长更短,侧根数更少,叶面积更小,萌发率在低温处理1 d后显著抑制。3.低温(4℃)处理后,低温响应基因CBF1、CBF3、KIN1、KIN2、RD29A、COR15B和HAB1在PCaP2-OE植株中被诱导上调表达,而在pcap2突变体植株中的表达被抑制。4.正常条件(22℃)下,微管解聚药剂处理对拟南芥WT、PCaP2-OE、pcap2和PCaP2-RNAi植株的生长情况无显著影响;低温胁迫(14℃)下,微管解聚药剂处理后拟南芥WT、PCaP2-OE、pcap2和PCaP2-RNAi植株的根长更长,侧根数更多,叶面积更大。5.微管解聚药剂处理后,低温响应基因CBF1、CBF2、CBF3、KIN1、KIN2、COR15B和HAB1在PCaP2-OE植株中的表达上调,而在pcap2突变体植株中的表达下调。6.正常条件(22℃)下,WT、m1(失去微丝切割活性的点突变体1)、m2(失去微丝切割活性的点突变体2)、m7(对照点突变体7)和PCaP2-RNAi植株的生长情况无显著差异,低温胁迫(14℃)下,WT、m1、m2和m7植株的生长情况无显著差异,但PCaP2-RNAi植株的根长、侧根数和叶面积显著低于野生型。7.低温(4℃)处理后,ABA响应基因SnRK2.2、SnRK2.3、ABF2、KIN1、KIN2和RD29A在PCaP2-OE植株中被诱导上调表达,SnRK2.6、ABF1、ABF3、ABF4在PCaP2-OE植株中被抑制。ABA处理后,低温响应基因低温响应基因CBF1、CBF3、KIN1、KIN2、RD29A、COR15B和HAB1在PCaP2-OE植株中被诱导上调表达,而在pcap2突变体植株中的表达被抑制。综上所述,低温胁迫诱导拟南芥PCaP2上调表达,PCaP2通过参与调节低温响应基因和ABA响应基因的表达,增强拟南芥对低温的适应能力。此外,PCaP2的微管去稳定性在植物抵抗低温胁迫中发挥作用,而PCaP2的微丝切割活性在植物适应低温胁迫中不发挥作用。因此,PCaP2在植物适应低温胁迫中起到重要作用,并在低温信号和ABA信号交互中发挥作用。