1.课题来源与背景： 课题来源：国家自然科学基金委员会的青年基金项目（编号：41706118），国家投入25万元。课题背景：红树林是热带、亚热带海岸带的生态关键区，在全球海洋动力过程和生物资源方面具有重要的地位。近年来，由全球气候变化所导致的极端灾害天气频繁发生，对红树林的生存和发展造成了严重的影响，尤其是不定期降温、寒冷或霜冻天气，导致大面积红树林不能正常开花、结果，严重影响着红树植物的生存、生长和分布，并直接影响着红树林的群落组成和演化。特别是近年来低温天气频频在我国南方出现，导致南方红树林大面积受灾。因此，迫切需要弄清红树植物的抗寒机理，为红树林应对极端低温天气提供科学依据，对于红树林的保护、生态恢复和资源利用具有重要的理论指导意义。

    2.研究目的与意义： 红树林蕴藏着丰富的生物资源和物种多样性，具有很高的生态、社会和经济价值。红树林不仅具有防风消浪、促淤保滩、固岸护堤、净化海水和空气的功能，还为海边生活的水鸟以及鱼、虾、蟹等海洋动物提供了生息繁衍的场所，也是生态旅游的美丽景观，对维护海湾、河口生态系统平衡起重要作用。然而，由全球气候变化所导致的极端灾害天气频繁发生，对红树林的生存和发展造成了严重的影响，尤其是不定期降温、寒冷或霜冻天气，严重影响着红树林的生存、生长和分布，并直接影响着红树林的群落组成和演化。近年来，极端低温天气频频在我国南方出现，导致红树林大面积受灾。2008年1月，我国南方地区遭遇了50年以来罕见的长时间强降雪及冰冻灾害，南方沿海（包括广东、广西、海南和福建等）红树林也遭受重创，红树林受灾面积达5000公顷以上，直接经济损失估计约1200万元以上。2011年1月，大范围低温雨雪天气再次席卷中国南方，也导致了南方大面积红树林不能正常开花、结果，严重影响了红树植物的正常生长与发育。此外，2014年春节期间的低温天气也造成了深圳西海红树林大片死亡。因而，开展红树植物对低温胁迫的响应作用机制研究显得尤为迫切和重要。 目前，国内外有关红树植物对低温胁迫响应的研究大多集中在野外调查和生理生态方面，而对其分子生态学方面的研究鲜有报道。秋茄是红树植物中分布最广、耐寒性最强的物种，天然分布最北端是我国福建福鼎，人工引种最北端至浙江温省的温州乐清湾，并有作为种源进一步向更高纬度种植的可能。因此，秋茄是研究红树植物低温胁迫响应机制的理想对象。研究表明低温胁迫常会引起植物水分流失，导致叶片枯萎凋落，甚至死亡。冷害的产生与植物在低温胁迫下水分的不平衡密切相关。而水通道蛋白是水分运输的特异性通道，直接参与根部水分吸收乃至整个植物的水平衡，且植物大约70%～90%的体内水分运动通过水通道蛋白进行。因此可以说，水通道蛋白与植物低温胁迫下的水分运输密切相关。此外，申请人前期初步研究表明，秋茄水通道蛋白基因KoAQP参与了低温胁迫响应，并能显著高表达，提示其很可能在秋茄响应低温胁迫中起重要调控作用。 为此，本项目在结合前人及申请人的研究基础上，以耐寒性红树植物秋茄为研究对象，利用分子生物学、生物信息学和基因工程等多学科交叉技术，进一步深入开展秋茄KoAQP基因响应低温胁迫的分子生态学机制研究。本项目的研究结果不仅是对红树植物在低温胁迫下响应机制的补充，同时也为红树林保护、恢复及北移引种提供理论依据和技术支持。

    3.主要论点与论据： 本项目克隆获得了秋茄KoAQP基因全长序列，分析表明KoAQP基因的开放阅读框包含852个核苷酸，编码283个氨基酸, 分子量为30.41 kDa，等电点为 6.05。KoAQP蛋白包含了大多数水通道蛋白所具有的6个跨膜结构区域和2个NPA基序。三维模型结构显示KoAQP蛋白由同源四聚体组成，每一个单聚体包含了10个α螺旋结构和2个β折叠。此外，KoAQP的氨基酸序列与来源于橡胶树（Hevea brasiliensis）的水通道蛋白PIP2-2同源性最高（91.26%），多序列比对与系统进化树结果也进一步证实了KoAQP蛋白属于水通道蛋白PIP2亚类分支。亚细胞定位结果表明KoAQP蛋白定位于细胞质膜上。实时定量表达分析表明KoAQP基因主要在秋茄的叶中表达，其次是根和茎，且随着低温胁迫时间延长，KoAQP基因在根、茎、叶中均呈现先升高后降低的趋势，提示KoAQP可能在秋茄抵抗低温胁迫的早期起了一定调节作用，但是随着时间的延长，秋茄所受低温伤害程度加剧，KoAQP的调节作用减弱，胁迫时间的延长最终难以使秋茄免受低温侵害。在原核生物中过表达KoAQP基因，能增强大肠杆菌的耐寒能力。在爪蟾卵母细胞中过表达KoAQP基因，能增强卵母细胞的水分运输能力，这表明KoAQP可能通过调节水分缓解秋茄低温伤害，从而增强秋茄的抗寒能力。

    4.创见与创新：指项目的发现点与创新性。 （1）首次从红树植物秋茄中克隆到了水通道蛋白基因（KoAQP）的序列全长； （2）表明KoAQP基因参与秋茄低温胁迫响应，证实其具有促进水分运输的功能，且过表达KoAQP基因能增强大肠杆菌的抗寒性。

    5.社会经济效益，存在的问题： 无直接社会经济效益。项目成果表明KoAQP基因可作为抗寒农作物分子育种的候选基因。

    6.历年获奖情况： 无。