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植物在生长过程中会经受各种生物和非生物胁迫,其中冷害能够干扰或破坏细胞的结构,使植物的生理生化代谢发生紊乱,严重影响了植物的生长发育。研究植物响应冷胁迫的分子机制、认识物种在胁迫下的适应性进化过程,对改良植物的抗冷性有重要意义。本论文选取草本模式植物拟南芥和木本模式植物毛果杨为研究材料,探究二者在冷胁迫下的响应机制和分子进化机制。主要研究内容如下:通过对Filichkin等(SRA acc no:ERP021848)数据中毛果杨的不同组织(叶、茎、根)在不同冷胁迫时间(24h和7 d)下的转录组进行分析,结果发现:毛果杨不同组织对冷胁迫的响应既有相似性又有特异性;与冷胁迫处理前后的基因表达差异相比,不同组织间的基因表达差异更为显著;对毛果杨不同组织在不同冷胁迫处理时间下的基因功能分析发现,毛果杨不同组织在短时间冷胁迫的响应基因主要与“信号”相关,而其在长时间冷胁迫下的响应基因主要与“功能”相关。为了进一步挖掘毛果杨不同组织响应冷胁迫的核心基因,我们将冷胁迫下差异表达基因进行加权基因共表达网络(WGCNA)分析,结果发现:冷胁迫下各个组织表达下调的基因多数与生长发育相关;不同组织对冷胁迫的响应又存在差异性,表现在不同组织分别具有不同的最显著相关模块。利用Cytoscape软件绘制各性状最佳模块中基因相关性网络图,依据基因间的连通性高低鉴定出响应冷胁迫的核心基因,并利用qRT-PCR对这些核心基因在冷胁迫下的表达进行了验证。结果显示,所选取基因的表达变化趋势与分析结果一致。进一步探讨了拟南芥和毛果杨在冷胁迫下同源基因的表达差异以及二者在ICE-CBF信号通路中的异同。结果表明:拟南芥和毛果杨对冷胁迫的响应具有保守性,但二者之间存在更多的多样性。通过分析二者在冷胁迫下的同源差异表达基因方向发现,拟南芥中具有87个特异上调表达基因和147个特异下调表达的基因,而在毛果杨中未发现其同源基因;通过比较二者在ICE-CBF分子调控通路中的响应发现,拟南芥CBF1-4及其并系同源基因AT5G520020在冷胁迫下均上调表达,毛果杨中CBF的直系同源基因Potri.015G136300和Potri.012G134000也上调表达;ICE1及其并系同源基因ICE2在冷胁迫下均上调表达,毛果杨中ICEs的直系同源基因 Potri.015G105200 和 Potri.012G106000 也上调表达,其中 Potri.015G105200 上调倍数大于4倍,显著高于拟南芥中ICEs在冷胁迫下的上调倍数。因此我们推测,尽管ICE调控的冷胁迫应答在拟南芥和毛果杨中存在保守性,但该通路可能在毛果杨中得到了一定程度的加强。