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近年来,全球气候变化导致极端天气频繁出现,对于春季制种的白菜等十字花科蔬菜而言,早春低温常导致其花粉败育,严重影响种子的产量和质量。揭示低温对花粉发育的影响以及花粉响应低温胁迫的分子机理,对指导十字花科蔬菜作物的制种以及培育抗性增强的新品种具有重要的意义。本实验室前期以开花期的白菜为材料,对其进行120 h的0℃低温处理,发现花粉发育对低温胁迫最敏感的时期是四分体时期,低温主要造成该时期胼胝质沉积的异常,由低温处理后的四分体发育而成的成熟花粉体外萌发异常,育性降低。为探究低温影响花粉发育的分子机理,我们选取处理后的四分体时期花蕾及其相应对照进行了转录组测序(RNA-seq),本论文对转录组测序结果进行生物信息学相关分析,并挖掘与低温胁迫响应相关的长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)。结合实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证lncRNA和靶基因的共表达相关性,并选取两个lncRNA:BrlncCBF4和BrlncCPL3,进行基因功能验证,探索lncRNA在白菜花粉响应低温胁迫中的作用。同时,为探究四分体时期花粉对低温胁迫更为敏感的原因,选取0℃处理0 h、2 h、4 h、6 h、12 h、24 h的白菜四分体时期花蕾和苗期叶片进行转录组测序和生物信息学分析,进一步探索四分体时期花粉和苗期叶片在低温胁迫响应方面的异同。取得如下主要结果:(1)对0℃处理120 h的四分体时期花蕾及对照的RNA-seq结果中的mRNA进行生物信息学相关分析发现,胼胝质合成酶基因GSL2/CalS5的表达在低温处理后显著下降,大部分与胼胝质合成酶转运和沉积相关的蛋白如Rho GTPase、UDP-glucose transporter、annexin、肌动蛋白及微管相关蛋白编码基因的表达也下降;与花粉萌发相关的基因如GRP17、AGP11、CMLs、ADFs及自噬相关蛋白编码基因等大多上调表达,而与花粉管正常生长紧密相关的基因PME/PMEI、RALFLs、CNGC18、FIM及ROPGEFs等表达也发生变化;对花粉萌发非常重要的代谢途径如脂质和糖类代谢、光合作用等相关的基因则大部分下调表达,导致花粉能量不足,可能是最终引起花粉萌发异常的原因。(2)对0℃处理120 h的四分体时期花蕾及对照的RNA-seq结果中的lncRNA进行生物信息学分析,筛选出152个差异表达的lncRNA,根据注释和分析挑选出一些候选lncRNA及靶基因。结合qRT-PCR验证,确定了其中7个lncRNA与靶基因在0℃处理0 h、2 h、4 h、6 h、12 h、24 h、48 h这七个时间点的共表达相关性达到显著水平。从候选lncRNA中选取两个——BrlncCBF4和BrlncCPL3分别构建过表达载体和amiRNA抑制表达载体进行功能分析,对过表达和抑制表达转基因植株的初步观察结果显示BrlncCBF4可能对靶基因BrCBF4具有负调控作用;对过表达转基因植株的初步观察结果显示BrlncCPL3可能对靶基因BrCPL3也具有负调控作用,但是具体的调控机制和对花粉发育及低温胁迫响应的作用有待进一步研究。(3)对0℃处理120 h的四分体时期花蕾及对照的RNA-seq结果中的lncRNA进一步分析发现,一些lncRNA和靶基因在四分体时期花蕾和苗期叶片中的组成型表达存在较大差异;而对0℃处理0 h、2 h、4 h、6 h、12 h、24 h的四分体时期花蕾和苗期叶片的RNA-seq结果进行比较分析发现,四分体时期花蕾和苗期叶片蛋白编码基因的组成型表达也存在很大的差异:未处理时,二者之间共检测到14666个差异表达基因,这些差异基因主要聚集在转录、翻译、碳代谢、淀粉和蔗糖代谢及植物激素信号转导方面。(4)对0℃处理0 h、2 h、4 h、6 h、12 h、24 h的四分体时期花蕾和苗期叶片的RNA-seq结果进行比较分析发现,四分体时期花蕾和苗期叶片蛋白编码基因对低温胁迫的响应存在很大的差异:低温处理后,在苗期叶片中共检测到4178个差异表达基因(DEGs),DEGs数目呈现先缓慢增多再急剧增加的趋势,于处理24 h时达到高峰。与四分体时期花蕾相比,苗期叶片在转录、蛋白质合成和加工、植物激素信号转导及植物-病原体互作等方面有更多的DEGs;而四分体时期花蕾DEGs数目在处理2 h时达到高峰,然后保持缓慢下降的趋势,于处理12 h时达到高峰。并且与苗期叶片相比,四分体时期花蕾在碳水化合物转运和代谢、脂质转运和代谢及防御机制方面有更多的DEGs。两者在转录因子、植物激素信号转导相关基因以及花粉发育和胁迫响应相关蛋白家族方面存在较多特有的差异表达基因,尤其是MYB家族、bHLH家族、CCAAT家族、NF-Y家族、生长素及细胞分裂素信号转导途径相关基因特有的DEGs较多,而共有的DEGs较少。此外,一些lncRNA和靶基因在四分体时期花蕾和苗期叶片中响应低温胁迫的表达模式也存在很大差异,部分在四分体时期花蕾中响应低温胁迫的lncRNA及靶基因在苗期叶片中表达极低或者不响应低温胁迫。