2023文献标题：
1.中国茶树春霜冻害研究进展
2.Elucidating the Sluggish Water Dynamics at the Ice-Binding Surface of the Hyperactive Tenebrio molitor Antifreeze Protein
3.Beetle and mussel-inspired chimeric protein for fabricating anti-icing coating
4.Isolation and identifcation of fve cold‑inducible promoters from Oryza sativa
5.In Planta Monitoring of Cold-Responsive Promoter Activity Reveals a Distinctive Photoperiodic Response in Cold Acclimation
DOI号：
1.10.11898/1001-7313.
20210201 2.10.1021/acs.jpcb.2c06478
3.10.1016/j.colsurfb.2021.112252
4.10.1007/s00425-017-2765-x
5.10.1093/pcp/pcaa138
关键词：
1.茶树春霜冻；危害机理；灾害指标；时空分布；影响与风险评估
2.TmAFP; IBS; molecule dynamics（MD）; NIBS
3.Anti-icing coating; Beetle and mussel-inspired ; Antifreeze protein ; Synthetic biology
4.Cold stress; GUSplus; Homozygous generations; Inducible promoters; Transgenic rice
5.Cold acclimation; COR15A; In planta moni-toring; Photoperiod; Photosynthetic electron transport
主要内容：
1.背景调研
通过阅读相关文献可知，冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。而土壤冻胀力则是当土壤中液态水转变为固态水时造成的土壤体积膨胀及土壤颗粒间的相互挤压。
冻土主要可分为三类：永久性冻土、季节性冻土和暂时性冻土。我国冻土的分布大致如图 1 所示，由图可知，大部分永久性冻土及季节性冻土分布在东北、西北及华北地区。而通常由雨雪、霜冻造成的暂时性冻土则在长江中下游以南的南部地区也有广泛分布。
图1：2008 年中国 1:1000 万冻土分布图(来自中国冰川冻土沙漠科学数据中心)
考虑到目前北方地区的大面积冻土尚无有效可行的解决措施，针对北方冻土问题人们也因地制宜地想出了许多具体可行的防治措施。因此，我们将目光聚焦在了由极端天气 (寒潮、霜冻等) 造成的南方地区的暂时性冻土问题上。
南方地区种植的许多粮食作物和经济作物 (茶树、橘树等) 在寒潮来临时产量和质量都受到了极大的损失[1]。
对于粮食作物，以冬小麦为例，春霜广泛分布于中国约85%的冬小麦种植面积 (黄淮海地区、东北地区、长江中下游地区、西南地区等) 。通常发生在小 麦未成熟穗期和早穗出苗期的3、4月。冬季阶段小麦等作物需要低温来完成春化，在早期的营养条件下可在低温条件下存活。春季到来，大部分作物如冬小麦、茶树等开始处于生长阶段。此时，作物对于霜害和土壤冻胀更为敏感。
图 2：我国主要的冬小麦种植区
对于经济作物，以茶树为例， 目前我国的茶树种植主要集中在江南地区。[1] 由于特早芽、早芽茶树的推广，春茶芽叶萌发提前，更容易受到早春霜冻的危害。
根据实际情况，浙南 2 - 4 月最低气温不高于 4 ℃ (近地面气温可达 0℃以下) 时，即发生茶树春霜冻。近十年来，浙南地区的茶树种植受春霜冻的影响较大。据统计，2013年4月上旬的低温霜冻害，造成浙江省名优茶产量损失1140t，直接经济损失约 7.2 亿元。
目前，人们主要采用熏烟法、灌溉法、 喷雾法等物理方法防治冻害，大量地撒盐也能防治土壤结冰，但是对环境不友好。尚无更加方便、快捷、环境友好的防治措施。因此，如何解决南方地区暂时性气象灾害造成的土壤冻胀、作物减产等问题，是我们研究的主要目的。
2.抗冻蛋白的选择
（1）抗冻蛋白AFPs的作用机理
根据目前掌握的资料和实际情况，我们主要将目光聚焦到了解决土壤霜冻问题上。首先，我们需要找到对应的功能蛋白，我们主要选择抗冻蛋白 (AFPs) 作为功能蛋白。其主要通过热滞后的形式发挥功能，热滞后指的是水熔点与凝固点之间的差值，AFPs 通过对冰表面的覆盖作用，发挥热滞后效应。
对于抗冻蛋白的选择，通过查阅资料发现，昆虫 AFP 的 TH 值最高，为 3-6°C ，因此，我们率先寻找耐寒昆虫中的抗冻蛋白，并把它导入到工程菌中。
（2）TmAFP
关于昆虫的抗冻蛋白，找到了一种来自于甲虫 Tenebrio molitor 的抗冻蛋白TmAFP。[2]TmAFP 作为一种过度活跃的 AFP，其热滞后约为鱼类 AFP 的 10 -100 倍。
其分泌的 TmAFP 含有一个冰结合位点 (IBS) ，可使 TmAFP 不可逆地结合在冰表面，造成冰只能在 AFP 之间生长，冰面曲率变大。根据吉布斯-汤姆逊效应，冰面曲率增大将造成凝固点的降低，通过阻止小冰晶聚合成大冰晶，防治土壤的膨胀造成根系细胞膜的破裂，缓解土壤冻胀带来的危害。
（3）TmAFP-Mfp 嵌合蛋白
值得一提的是，目前人们还研制出将 TmAFP 和来自贻贝的粘附蛋白 Mfp 组合在一起，构建 TmAFP-Mfp 嵌合蛋白 (将 Mfp 结合到防冻蛋白的 C 端) [3] 。并对它的吸附能力进行对比试验，结果显示，TmAFP-Mfp 显示出了更强的吸附作用，也可较强地抑制水结冰与冰晶的聚合。
同时，TmAFP-Mfp 嵌合蛋白也显示出了较强的生物相容性和可忽略的细胞毒性。但是，与 TmAFP 相比，嵌合蛋白的热滞后温度 TH 较低，最高仅为 0.18°C。
就结冰延迟时间而言，随着嵌合蛋白浓度的增加，延迟时间也增加，在实验室模拟实验中，包被 80 mg/mL Mfp-AFP 的水滴可被冷冻延迟至 154 s。
图 3：
(A) 溶液中 TH 间隙内温度下的冰生长情况
(B) PBS 和 Mfp-AFP 不同热滞后温度下对应的冰生长速率
(C) 利用显微图像显示不同浓度的 Mfp-AFP 的冰晶形态
(D) 30 分钟时冰晶 MLGS 的定量分析
除了 TmAFP ，还有许多其它种类的抗冻蛋白，在体外试验中也显示出了较好的效果，如来自加拿大的 Dendroides 甲虫分泌的 AFPsDAFP1 以及其它生物如 鱼类、真菌等分泌的抗冻蛋白等。
3.低温诱导启动子——温度选择开关：COR15a
在选择好特定的抗冻蛋白后，后续我们还需进行温度选择开关的控制，使得在土壤温度下降的过程中实现抗冻蛋白的表达，当土壤开始结冰时，抗冻蛋白已经表达完全，发挥作用。
[1] [2] 目前已经分离出了多种低温诱导启动子，在这些启动子中，来自于拟南芥的 COR15a 和 RD29A 启动子是最常用的。
[4] 通过植物内检测系统，发现 COR15a 启动子活性在 2°C 下通过昼夜循环增强，而在 8 °C 或更高的黑暗中突然抑制其诱导。
[5] COR15a 与光周期相关，受昼夜循环的影响，根据文献阅读可知，COR15a 启动子的活性通常在光照时逐渐增强，并在第一个昼夜循环中的黑暗条件下活性达到峰值，并在次日光照是继续积累。而在明显缺光的环境中，COR15a 启动子的活性较低，诱导水平不理想。
由于我们要将携带有低温诱导启动子和抗冻蛋白质粒的共生菌并投入植物根部。启动在在共生菌中的表达能力还需进一步探究，且土壤的透光率也会影响启动子的表达。
个人评价：
这一周的文献阅读我主要聚焦在背景调研、抗冻蛋白、低温诱导启动子三个方面。
在背景调研上，我们主要研究的是暂时性冻土造成南方地区的作物减产问题，目前尚无良好的解决方案。在抗冻蛋白的选择上，我主要查阅了昆虫携带的抗冻蛋白 TmAFP，并进一步探究，找到了一种 TmAFP-Mfp 嵌合蛋白， 可将 AFP 有效地吸附在冰面上发挥作用。
在低温诱导启动子的寻找上，我主要找到了来自于拟南芥的低温诱导启动子COR15a。它在低温情况下可活化并激活下游基因的表达，但由于它的调控受到昼夜循环 (光周期) 的影响，我们在土壤中 是否能检测到规律的光周期仍需要进一步探索。这一周我们明确了研究目的、研究对象，也了解我们整个进阶的过程。
参考文献：
[1]Ambroise V, Legay S, Guerriero G, Hausman JF, Cuypers A, Sergeant K. The Roots of Plant Frost Hardiness and Tolerance. Plant Cell Physiol. 2020 Jan 1;61(1):3-20. doi:10. 1093/pcp/pcz196. PMID: 31626277; PMCID:PMC6977023.
[2]Shaoli Cui, Weijia Zhang, Xueguang Shao, and Wensheng Cai Hyperactive Antifreeze Proteins Promote Ice Growth before Binding to It Journal of Chemical Information and Modeling 2022 62 (21), 5165-5174 DOI: 10.1021/acs.jcim.1c00915
[3]Gao Y, Qi H, Fan D, Yang J, Zhang L. Beetle and mussel-inspired chimeric protein for fabricating anti-icing coating. Colloids Surf B Biointerfaces. 2022 Feb;210:112252. doi : 10.1016/j.colsurfb.2021.112252 . Epub 2021 Nov 27. PMID: 34902712.
[4]Li J, Qin R, Xu R, Li H, Yang Y, Li L, Wei P, Yang J. Isolation and identification of five cold-inducible promoters from Oryza sativa. Planta. 2018 Jan;247(1) :99-111. doi : 10.1007/s00425-017-2765-x. Epub 2017
Sep 6. PMID: 28879616.
[5]Yoko Tominaga, Kensaku Suzuki, Matsuo Uemura, Yukio Kawamura, In Planta Monitoring of Cold-Responsive Promoter Activity Reveals a Distinctive Photoperiodic Response in Cold Acclimation, Plant and Cell Physiology, Volume 62, Issue 1, January 2021, Pages 43–52,
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