摘要
植物生长过程会受到光照温度等各种因素的影响。温度是影响植物分布、生长、发育和繁殖最重要的环境因素之一。经过多年的研究，植物响应冷胁迫的生理生化机制取得了较大的进展，其中ICE-CBF-COR信号途径是植物响应冷信号的重要通路，在此信号通路中有多个转录因子参与了植物的各种生理生化过程。在冬天，植物生长环境中farred（FR）比例大幅提高，日落后环境中的温度迅速降低，持续的FR信号处理能否促进植物的耐冷性鲜有研究报道。本研究以禾本科模式植物狗尾草为研究材料，通过Endofdayfarred（EOD-FR）和低温胁迫处理，利用RNA-Seq测序的方法，得到了胁迫处理条件下，转录组动态变化的数据。分析其差异基因并构建了基因共表达网络，鉴定到了多个与光温信号密切相关的基因。对其中一个关键候选基因BBX2进行深入研究，结果表明玉米BBX2基因在狗尾草中的过表达，可以提高狗尾草的耐冷性。以下为主要研究结果： (1)通过分析低温胁迫处理的狗尾草RNA-Seq数据，发现在低温胁迫初期，糖类和淀粉代谢途径、脂质代谢途径、TPS/TPP信号通路相关的基因会上调表达。随着低温胁迫时间的延长，糖类与氨基酸的转运、蛋白质翻译后修饰、木质素的合成、硝态氮的代谢、DGDG的合成等途径中的基因上调表达，而DNA合成与染色质结构、RNA结合和转录、氨基酸的合成、蛋白质的合成与折叠等途径中的基因表达显著下调。该结果表明，短时间的低温胁迫对狗尾草的影响较小，低温胁迫时间的延长则显著影响了DNA、RNA和蛋白质相关基因的表达，严重影响植株的生长发育。对转录因子进行分析，发现ERF家族基因在植株响应低温胁迫中发挥了重要的作用，55个ERFs基因的表达发生了显著改变，占ERF家族基因总数的28%。 (2)通过分析EOD-FR处理后的狗尾草RNA-Seq数据，发现EOD-FR处理后，氨基酸合成、细胞壁修饰、TPS/TPP信号通路、过氧化物酶、光信号、冷信号等途径中基因上调表达。该结果表明EOD-FR可能通过影响TPS/TPP信号、过氧化物酶和冷信号三个途径来影响植株的冷耐受能力。其中，上调表达的基因如phyA、phyD、PIF8和AIR12，在以往的研究中表明与植株的耐冷性密切相关。因此，EOD-FR可能通过其他生物学途径提高植物的耐冷能力。 (3)将EOD-FR数据和低温胁迫数据结合起来，利用WGCNA共鉴定到了14个模块，重点分析了Blue和Red两个模块中基因的功能并构建了Red模块的基因共表达网络，发现了关键基因BBX2可能在调控光温信号方面起着重要作用。通过分析玉米和狗尾草低温胁迫相关RNA-Seq数据，发现BBX2在玉米和拟南芥中均能响应远红光和低温胁迫，因此，该基因的功能在不同物种中可能是保守的。将玉米BBX2基因导入狗尾草中构建过了表达株系，表型分析发现提高BBX2的表达量可以增强冷胁迫下细胞膜的完整性，进而提高狗尾草的抗冷能力。
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