5 结论

6 创新点

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的学术论文

文章摘要:黑龙江省作为我国玉米主产区之一,其玉米生产安全是我国粮食生产安全的重要保障,但其特殊的地理位置导致玉米生长发育及产量受低温胁迫严重影响,尤其是发生在幼苗期的低温胁迫。大量的生理学和生化手段已经建立并应用于研究低温胁迫对玉米幼苗期生长发育的影响,但低温胁迫影响玉米苗期生长发育的详细分子生物学机制仍不完善,尤其是在蛋白和代谢水平上。蛋白质作为生命活动的最终承担者,代谢物作为大分子功能的最终体现者,二者的表达最接近于植物体真实的表型,因此,从蛋白和代谢水平解析玉米苗期抵御低温胁迫的分子生物学机制,进而通过遗传改良手段培育耐低温玉米新品种具有深远意义。本研究以实验室前期筛选得到的抗冷自交系KR701和冷敏感自交系hei8834为实验材料,在实验室的条件下模拟玉米幼苗期遭遇4°C低温胁迫的情形,同时增设了玉米苗期一叶期和三叶期两个不同的阶段,进而通过低温胁迫表型分析、蛋白质组学分析和代谢组学分析,解析不同抗冷性自交系在苗期生长发育不同阶段抵御低温胁迫的异同之处,旨在挖掘玉米苗期响应低温胁迫的关键蛋白和关键通路,同时结合后期相关生理生化水平验证及相关蛋白功能验证,为解析玉米苗期低温胁迫响应的分子生物学机制提供了宝贵的资源。主要的研究结果如下:（1）苗期不同阶段（一叶期和三叶期）的低温胁迫对玉米抗冷自交系KR701和冷敏感自交系hei8834均会造成不同程度的损伤和抑制,形态学上表现为植株变矮,根长变短,叶片边缘发黄萎蔫,子叶展出速度变慢等现象,生理生化水平上体现为膜系统相关指标丙二醛（MDA）含量以及相对电导率增加,抗氧化系统相关指标超氧化物歧化酶（SOD）以及过氧化物酶（POD）含量增加,光合系统相关指标植株叶绿素含量（Chl）以及叶绿素荧光参数（F_v/F_m）下降等。（2）同等的低温胁迫条件下,抗冷自交系KR701和冷敏感自交系hei8834在苗期一叶期和三叶期的受损伤变化模式相似,但变化程度差别很大,主要体现为相比于一叶期相关指标的变化程度,三叶期相关指标虽呈现同样的变化模式,但变化程度明显变小,表明在同样低温胁迫条件下,一叶期相比三叶期对低温胁迫更为敏感。同时,我们还发现抗冷自交系KR701和冷敏感自交系hei8834在苗期一叶期的抗冷性差异十分显著,但在三叶期时,二者之间的抗冷性差异差异明显变小。（3）低温胁迫定量蛋白质组学研究发现,在一叶期时,抗冷自交系KR701和冷敏感自交系hei8834的低温胁迫响应蛋白分别为394个和404个;而在三叶期时,整体低温胁迫响应蛋白数目明显减少,抗冷自交系KR701和冷敏感自交系hei8834中响应蛋白数量分别为132个和46个。通过差异表达蛋白及WGCNA划分的特异性表达蛋白功能富集分析发现,在一叶期时,抗冷自交系KR701特异性的通过光合作用途径、植物激素途径特别是ABA途径以及细胞壁的合成代谢途径参与一叶期低温胁迫响应,冷敏感自交系hei8834特异性的通过大量细胞壁的合成代谢、能量的合成代谢以及少量的生长素转运途径参与一叶期低温胁迫响应;而在三叶期时,抗冷自交系KR701则特异性的通过防御反应以及大量细胞壁的合成和代谢参与三叶期低温胁迫响应,而冷敏感自交系hei8834则特异性通过光合作用途径参与三叶期低温胁迫响应。（4）低温胁迫代谢组学研究发现,在一叶期时,抗冷自交系KR701和冷敏感自交系hei8834低温胁迫差异代谢物分别为17个和25个;在三叶期时,抗冷自交系KR701和冷敏感自交系hei8834中差异代谢物数量分别为15个和22个,重要的是代谢组学验证了在一叶期低温胁迫后抗冷自交系KR701内源ABA含量发生了巨大变化,其相对变化量上升了32倍之多,这就是自交系KR701在一叶期抗冷性强的重要原因之一。（5）在玉米苗期一叶期时,适量的外源ABA预处理显著提高了冷敏感自交系hei8834的抗低温能力,体现为株高和根长受低温抑制程度变小,同时相对电导率的变化显著变小,而对于抗冷自交系KR701而言,适量的外源ABA预处理仅略微提高了根长,对株高和相对电导率几乎无影响;在三叶期时,适量的外源ABA预处理仅略微提高了冷敏感自交系hei8834的株高,对根长及相对电导率的变化几乎无作用,对于抗冷自交系KR701而言,适量的外源ABA预处理对株高,根长以及相对电导率的变化均无作用,结果表明在本实验条件下,适量的外源ABA预处理仅作用于一叶期,对三叶期几乎无作用,同时重要的是,适量的外源ABA预处理仅对一叶期冷敏感自交系hei8834的作用明显,显著提高了冷敏感自交系hei8834的抗低温能力,对抗冷自交系KR701也表现为几乎无作用。（6）抗冷自交系KR701在苗期一叶期参与的激素信号途径中发现了一个关键转录因子ZmOCP3,原生质体亚细胞定位结果表明该低温响应蛋白定位于细胞核中,通过玉米和拟南芥中ZmOCP3基因表达模式分析发现,ZmOCP3的表达受低温胁迫条件的显著诱导而上调表达。表型分析发现,在低温胁迫条件下,过表达ZmOCP3的拟南芥植株相比于野生型Col4植株的抗低温能力显著增强,同时发现过表达ZmOCP3的植株相比于野生型Col4植株是一个ABA不敏感的表型。（7）免疫共沉淀-质谱（IP-MS）实验发现在ACGFP空载中找到非特异性结合互作蛋白1,010个,ACGFP-ZmOCP3中找到潜在互作蛋白1,674个,将非特异性互作蛋白去除,共得到805个潜在的ZmOCP3互作蛋白。

文章来源：《低温工程》 网址: http://www.diwengongcheng.cn/qikandaodu/2022/0204/727.html