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低温是影响小麦生长发育及产量的非生物胁迫之一,因此从分子生物学角度揭示小麦耐低温遗传机制十分必要。本研究选用京411为材料,利用RNA-seq和广泛靶向代谢组技术,研究京411小麦幼苗经过4℃低温驯化处理28天和-5℃冷冻处理24h后,茎基部基因表达谱和代谢谱变化。主要研究结果如下:1.利用广泛靶向代谢组学技术,研究京411小麦幼苗茎基部经过4℃低温驯化28天和-5℃冷冻处理24h后代谢谱变化。结果显示:经过4℃低温驯化处理28天幼苗(LTA)与20℃正常培养28天幼苗(NTG)相比,共有86个代谢物上调、137个下调。差异代谢物主要包括糖类、黄酮类、有机酸和植物激素等,其中多种糖类发生明显变化,如:棉子糖、海藻糖、果糖和甘露糖等,且棉子糖增加129.44倍;共筛选出25种氨基酸类差异代谢物,其中脯氨酸增加11.81倍。差异代谢物主要参与“精氨酸和脯氨酸代谢”、“半乳糖代谢”和“植物次级代谢物合成”等代谢通路;对LTA和NTG幼苗分别进行-5℃冷冻处理24h后,找到8个共有差异代谢物,包括脱落酸和茉莉酸-异亮氨酸等。并发现外源喷洒ABA能够提高小麦幼苗抗寒性,但抗寒性不同的品种间最适浓度不同。2.利用RNA-seq技术,研究京411小麦幼苗茎基部受到4℃低温驯化28天和-5℃冷冻处理24h后基因表达谱变化,结果显示:冷驯化处理28天后,小麦幼苗茎基部在转录水平上有29066个基因表达量发生变化,其中|log2FoldChange|>7的差异基因有108。差异基因主要参与合成冷相关蛋白、叶绿素a/b结合蛋白、信号转导蛋白和转录因子等;在LTA vs LTAF和NTG vs NTGF两组差异基因比较中,发现多个与转录因子、钙信号转导和冷诱导蛋白相关的共有差异基因。差异基因主要参与代谢通路、植物激素信号转导、淀粉和糖代谢和次级代谢物合成等代谢途径。3.转录组与代谢组联合分析解析小麦冷胁迫反应特征。对经过4℃低温驯化28天后小麦幼苗(LTA)与正常培养28天(NTG)进行差异代谢物和差异基因联合分析,发现在多条代谢通路中差异基因变化趋势和下游代谢物含量变化趋势基本一致。其中在“精氨酸与脯氨酸”通路中,脯氨酸含量发生明显增加,P5CR和P5CS基因表达量增加,且ProDH表达量降低,说明脯氨酸在冷胁迫响应中发挥重要作用。综上所述,本研究共检测到多种响应低温的差异代谢物和差异基因,显著富集脯氨酸合成、糖类合成、脱落酸信号通路和茉莉酸信号通路中,为阐述小麦抗寒分子机制提供了理论基础。