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冬油菜是我国北方主栽的油料作物,白菜型冬油菜(Brassica rapa L.)能够在北纬35°(天水等地)至北纬48°地区(新疆阿勒泰、黑龙江饶河等地)安全越冬,产量可观,并且其对低温环境的耐受性显著优于其它类型冬油菜,蕴藏着丰富的抗寒基因。因此,研究并解析白菜型冬油菜的耐冷机理对冬油菜及植物抗寒分子育种具有重大意义。本研究以强耐冷型白菜型冬油菜Longyou-7和冷敏感型白菜型冬油菜Lenox为研究材料,对冷胁迫下其形态特征,生理特性,蛋白组学,转录组学及抗寒候选基因的功能进行系统研究,主要得到以下结果:1.Longyou-7具有较低的半致死温度,冬前匍匐生长,具有更发达的根系。Longyou-7比Lenox的保护性酶系统更优异,能够及时清除胁迫所产生的ROS,游离氨基酸有效的维护了细胞内的调节平衡,并且在冷胁迫3 h,12 h,24 h具有比较明显的表现。2.利用GeNorm、NormFinder、BestKeeper和RefFinder对白菜型冬油菜4种非生物胁迫下的内参基因进行综合分析,结果表明β-actin和SAND是冷胁迫叶片中最稳定的内参基因组合,β-actin和EF1α是冷胁迫根中最稳定的组合,F-box和SAND是高温胁迫叶中最稳定的组合,PP2A和RPL是高温胁迫根中最稳定的组合,SAND和PP2A是NaCl胁迫叶中最稳定的组合,RPL和UBC是NaCl胁迫根中最稳定的组合,RPL和PP2A是PEG胁迫叶中最稳定的组合,PP2A和RPL是PEG胁迫根中最稳定的组合,并利用PXG3的表达谱验证了冷胁迫下β-actin作为内参基因的稳定性,为后续基因表达实验奠定了基础。3.冷胁迫处理后Longyou-7中共有24个蛋白质被成功鉴定,其表达丰度显示出显著变化。GO功能富集发现这些蛋白质与低温响应途径中的蛋白质与转录调节,离子稳定性,光合作用和ROS清除酶密切相关。KEGG代谢通路表明这些蛋白质主要参与碳代谢,光合生物中的碳固定,乙醛酸和二羧酸代谢,及果糖和甘露糖代谢途径。筛选到6个与低温应答相关的候选蛋白质,并对果糖激酶-1(PF)、病程相关蛋白(PR)和S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAM)的蛋白质基本理化性质分析表明,三个蛋白的起源与十字花科植物相近,存在多个翻译后磷酸化修饰的丝氨酸(Ser)和苏氨酸(Thr)残基位点,PF和SAM进化相对保守,分别存在1和3个Pfam结构域。这些结果为白菜型冬油菜抗寒基因筛选提供了候选基因。4.RNA-seq分析表明,基于p-value<0.05且log2-Fold-Change>2的标准鉴定差异表达基因(DEGs),在Longyou-7和Lenox中分别鉴定了共10,251和10,972个DEGs。在冷胁迫3 h后,在Longyou-7和Lenox中共鉴定出462个(311个上调和151个下调)DEGs,在冷胁迫24 h后,共鉴定出2878个(1614个上调和1264个下调)DEGs。GO功能分析表明127个(86个上调和41个下调)和179个(109个上调和70个下调)在Longyou-7和Lenox中分别鉴定出来。白菜型冬油菜中对冷胁迫敏感的转录因子家族包括bHLH家族,NAC家族,ERF家族和MYB_related家族,在转录组中检测到总共833,567个SNP,Longyou-7和Lenox分别检测到48,149和51,090个INDEL。对白菜型冬油菜过氧化物酶体通路比较发现31和26个基因分别富集在Longyou-7和Lenox中,共有13个基因在这个两个品种中同时表达,其中在3个处理时间下多数基因在Longyou-7表达幅度高于Lenox,说明冷胁迫下Longyou-7中过氧化物酶体的代谢活性更强。并筛选到与冷胁迫密切相关的差异表达基因温度诱导的脂质运载蛋白-1(Temperature-Induced Lipocalin,TIL1)。5.温度诱导的脂质运载蛋白-1(Temperature-Induced Lipocalin,TIL1)基因参与冷应答(response to cold,GO:0009409)和冷冻应答(response to freezing,GO:0050826)途径。对Longyou-7的TIL1(Bra002674)基因进行克隆分析表明,该基因核心区长度为414 bp,编码137个aa,是一个亲水蛋白,存在一个保守Pfam结构域,属于脂质运载蛋白/胞质脂肪酸结合蛋白家族(Lipocalin),含有多个磷酸化修饰的位点,通过瞬转烟草发现,其亚细胞定位于叶绿体。对TIL家族基因鉴定表明,其含有相似的保守motif,基因间存在串联重复,氨基酸序列较特殊,多个启动子顺势作用元件参与胁迫应激反应,与甘蓝型油菜亲缘关系较近。对4个TIL家族基因的组织表达特异性研究表明,在冷胁迫下,TIL1(Bra002674)基因在强耐冷型材料的根、茎和茎尖分生组织中的表达显著高于冷敏感型材料,表明其可能在强耐冷型冬油菜响应冷胁迫过程中发挥重要作用。这些研究结果初步揭示了白菜型冬油菜响应冷胁迫的分子机理,鉴定到了一些冷胁迫响应的重要基因和蛋白质,为白菜型冬油菜抗寒机理研究提供了丰富的基因资源和一定的理论依据,但其在抗寒过程中的具体功能和作用还需进一步研究。