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葡萄是世界上广泛栽培且具有较高经济价值的果树,低温是限制葡萄树体生长发育、品质和产量的重要环境因子。环状RNA（circular RNA,circRNA）是一类经反向剪接后,由3’末端和5’末端共价结合形成的单链非编码RNA分子,在植物逆境胁迫响应中发挥重要的作用。研究葡萄circRNA的特征和功能,特别是揭示其在葡萄响应低温胁迫过程中的作用,对扩展植物circRNA的认知和开辟葡萄抗性调控新领域具有十分重要的意义。本研究通过对葡萄混合组织样品的测序结果进行生物信息学分析,揭示葡萄circRNA的基本特征的同时,对侧翼内含子与葡萄circRNA形成的关系展开了深入研究。鉴于circRNA结构的特殊性及形成的复杂性,本论文探索并开发了circRNA植物过表达方法。对不同时间冷处理后的葡萄叶片circRNA高通量测序分析,并最终筛选出一个参与冷胁迫调控的差异表达circRNA,即Vv-circATS1。最后利用本研究建立的circRNA过表达策略,对Vv-circATS1在冷适应过程中的功能进行了鉴定。主要研究结果如下:1.以‘玫瑰香’葡萄根、茎、叶、花和果实为材料,提取总RNA,经RNase R处理后进行转录组测序,利用3种circRNA筛选软件findcirc、CIRCexplorer和CIRI分析经过过滤的高质量数据,共筛选出8354个circRNA。利用3种软件共同筛选到的circRNA数量为1432个,占总数的17.1%。当3种软件单独使用时,筛选到的circRNA数量排序为:CIRCexplorer>findcirc>CIRI。而通过RT-PCR和sanger测序对3种软件的特异筛选区circRNA的鉴定成功率进行比较发现findcirc>CIRI>CIRCexplorer。葡萄circRNA中91.20%为外显子类型:主要由1-5个外显子构成;长度主要集中在200-700bp之间;存在可变反向剪接环化和可变剪接环化两种可变环化模式。值得注意的是,葡萄circRNA与拟南芥、大豆、水稻、枸橘、番茄和玉米circRNA之间的序列保守性较低。另外,分析12个circRNA在葡萄不同组织中的表达模式表明,circRNA具有组织表达特异性,且circRNA在不同组织中的表达丰度均低于其来源基因的线性mRNA。进一步研究发现,部分circRNA和其来源基因的线性mRNA在不同组织中的表达存在强相关,而另一些则表现为无相关性。2.利用农杆菌介导的烟草瞬时表达系统对葡萄circRNA的成环机理进行探究发现,当包含circRNA的侧翼内含子时,葡萄circRNA1218、circRNA1975、circRNA4328、circRNA4363、circRNA4473、circRNA5664和circRNA7172均能反向剪接成环,而去除侧翼内含子时,均不能成环。为研究circRNA成环所需的最短侧翼内含子长度,为circRNA1975和circRNA7172分别构建包含不同侧翼内含子长度的载体并在烟草叶片中瞬时表达,检测发现侧翼内含子的长度影响成环效率,长度越长,成环效率越高,但20-50 bp足以促使其成环。3.借助农杆菌介导的烟草瞬时表达系统,对circRNA过表达策略促使circRNA反向剪接的效率和准确性进行测试,结果发现虽然“反向互补策略”可以驱动葡萄circRNA4328和circRNA4363成环,但反向剪接产物包含多种类型;若在circRNA4328和circRNA4363两侧添加剪切信号位点AG/GT,也不能实现完美成环;而使用“反向互补辅助侧翼内含子策略”,则可以提高circRNA4328、circRNA4363、circRNA1975和circRNA7172反向剪接效率,且能保证完美成环,是目前circRNA在植物体内实现过表达的最优策略。4.以一年生‘玫瑰香’葡萄为材料,4℃处理0、4和12 h后高通量测序筛选差异表达circRNA,共发现475个差异表达circRNA。GO基因富集分析结果显示,差异表达circRNA的来源基因主要参与冷胁迫响应、光系统II中的电子转运、MAPK信号通路、甘油脂代谢和磷脂酶D信号通路等重要生物学途径。另外,冷胁迫相关miRNA包括miR156、miR164、miR167、miR171、miR394、miR395、miR396、miR397、miR398和miR408与差异表达circRNA之间存在靶向关系。5.Vv-circATS1全长333 bp,荧光原位杂交（Fluorescence in situ hybridization,FISH）显示Vv-circATS1在细胞质和细胞核中均有表达。RT-qPCR分析表明Vv-circATS1与其来源基因ATS1mRNA的表达模式不同,Vv-circATS1在冷胁迫处理后期的表达量呈现上升趋势。在拟南芥中过表达Vv-circATS1,转基因植株的低温适应能力明显增强。进一步研究表明Vv-circATS1-OE株系与野生型拟南芥在冷胁迫后冷相关miRNA如miR156、miR396、miR165和miR398的表达水平存在差异;差异表达基因主要参与刺激响应、毒素分解代谢过程、光系统II组装和脯氨酸转运。综上所述,本研究发现葡萄中存在大量circRNA,并揭示了葡萄circRNA的基本特征;证实侧翼内含子对葡萄circRNA的形成至关重要,并提出可用于circRNA功能研究的过表达策略。另外,挖掘出一批可能参与冷胁迫调控相关的circRNA,并初步证明Vv-circATS1参与冷胁迫响应。