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玉米（Zea mays L.）原产于热带和亚热带地区,对低温比较敏感,尤其是在种子萌发过程中。春播玉米在种子萌发和幼苗生长前期通常会受到低温胁迫,即使后期平均温度不断升高,幼苗的进一步生长也会受到影响,这可能是由于玉米无法对有利的环境变化作出快速适应。然而,玉米种子在低温下萌发动态变化和低温萌发常温恢复对幼苗生长影响的调控机制尚不明确。因此本研究以238份玉米自交系为材料,对玉米耐低温萌发相关表型性状进行测定,建立耐低温评价体系并进行全基因组关联（Genome-wide association studies,GWAS）分析,筛选低温敏感性自交系和耐低温自交系进行组配F2:3家系,构建F2:3家系极端池进行BSA-seq测序,转录组学解析不同耐低温萌发自交系低温下萌发动态变化和低温萌发常温恢复的补偿机制,结合GWAS分析、连锁分析和转录组分析进行候选基因挖掘和功能验证。主要研究结果如下:1.本研究对238份玉米自交系18个耐低温萌发评价指标进行统计分析,其中12个耐低温评价指标变异系数较大。根长相对降低值聚类分析的结果和12个耐低温指标综合评价聚类分析的结果相似,根长相对降低值从0.105到0.936不等,符合正态分布,能够区分出低温萌发耐受性,因此可以将根长相对降低值作为耐低温评价指标。04群0522-1-1根长相对降低值0.524耐低温自交系（RM）,B283-1根长相对降低值0.936为低温敏感自交系（SM）。2.本研究利用K+Q模型,设置阈值-Log10P=4.61,对耐低温萌发评价指标进行GWAS,共检测到与耐低温显著关联的SNP位点47个,其中8号染色体上显著关联的SNP位点最多,对表型贡献率的解释范围为10.88%-16.31%,可以作为候选区间用于后续的筛选和分析。GWAS分析结果至少有2个耐低温评价指标检测到的SNP共有6个,其中有1个在5号染色体,其余的5个都在3号染色体上,3号染色体上一致的位点都落在PZE-103174386（220,933,020）和PZE-103174950（221,386,301）之间。3.本研究对RM和SM构建的574份F2:3群体利用BSA-seq方法,结合KASP基因分型技术进行遗传连锁分析。F2:3群体连锁分析结果与GWAS预测的基因候选区域一致,BSA-seq分析在3号染色体220.9 Mb-221.3 Mb有13个All-index,两子代极端混池△All-index平均值为-0.089,区间内存在着连锁不平衡,因此本研究将候选区间定位在3号染色体220.9 Mb-221.3 Mb,在定位区间内有21个候选基因。4.为了对候选区间内的基因进行验证,对不同低温耐性的两玉米自交系进行转录组分析。两玉米自交系低温萌发动态分析抗氧化酶活性RM自交系高于SM自交系。玉米低温萌发动态变化转录组分析表明,SM自交系低温下萌发在0到2天光系统II（GO:0009523,P=2.56E-7）和热激蛋白（GO:0031072,P=8.55E-5）相关的Gene Ontology（GO）terms下调,两玉米自交系核糖体相关基因都下调。在2到4天两个玉米自交系抗氧化活性（GO:0016209）和核糖体（GO:0005840）相关的GO terms上调,RM上调基因数目和上调程度大于SM,抗氧化活性相关基因主要是过氧化物酶（Peroxidase,POD）相关基因。在4到6天RM自交系维生素B6（Vitamin B6,VB6）相关GO terms特异上调。KEGG富集分析表明,亚油酸代谢和苯丙烷生物合成途径RM自交系比SM自交系更早显著富集。玉米低温萌发是一个复杂的调控机制。5.两玉米自交系13℃低温下萌发4天与常温25℃萌发1.5天比较,低温萌发总抗氧化能力和POD活性都是降低的,SM自交系总抗氧化能力下降程度更大。SM自交系的POD活性显著降低,超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase,SOD）活性增加不显著,而RM自交系POD活性降低不显著,SOD活性显著增加。转录组分析表明两玉米自交系抗氧化活性相关基因下调,但RM下调程度小于SM,脱落酸响应相关基因两玉米自交系上调,但RM上调程度小于SM。两玉米自交系低温13℃萌发4天常温25℃恢复2天,与常温25℃萌发4天进行比较,RM自交系总抗氧化能力显著升高,而SM自交系的总抗氧化能力还是显著降低。SM自交系的脂质过氧化高于RM自交系,RM自交系SOD活性显著升高,SM自交系SOD活性显著降低,表明SM自交系低温胁迫后抗氧化活性恢复能力较RM自交系弱。进一步的转录组分析表明,种子低温胁迫萌发导致两个玉米自交系光合相关GO terms下调,但RM自交系下调程度小于SM自交系。SM自交系核糖体和SOD相关基因下调表达,RM自交系SOD和VB6相关基因上调表达。KEGG富集分析表明,光合作用和抗氧化代谢相关途径,在种子低温萌发过程中发挥重要作用。6.结合转录组分析有12个候选基因在本次转录分析中具有转录表达,其中Zm00001d044300和Zm00001d044301两基因在转录水平上差异较大。用筛选的5个低温极端敏感自交系,5个耐低温自交系和F2:3极端池验证,只有Zm00001d044301在极端材料中有表达差异,因此本研究将Zm00001d044301作为候选基因。Zm00001d044301编码PP2C蛋白,蛋白序列同源比较,表明ZmPP2C基因在玉米、水稻和拟南芥三个物种中非常保守。系统进化分析表明,玉米和水稻的亲缘关系更近。亚细胞定位结果表明ZmPP2C蛋白定位在细胞质中。7.构建WMV12-ZmPP2C过表达载体,进行拟南芥转化,过表达株系低温萌发速度快于野生型,表现低温耐性。ZmPP2C过表达植株低温8℃At PP2C表达量高于野生型,PP2C下游基因At Sn RK2.2/2.3/2.6都是8℃9天过表达株系高于野生型,8℃15天过表达株系低于野生型。Zmpp2c的MU突变体进行表型分析,结果表明Zmpp2c的MU突变体,发芽率、苗干重、根长和苗长在低温胁迫下显著低于B73。低温13℃萌发,B73中ZmPP2C表达量高于Zmpp2c的MU突变体,B73总抗氧化能力显著高于Zmpp2c的MU突变体。