由于全球气候变化的加剧,温度变化异常已经成为植物面临的新挑战。植物作为一种固着生物,温度是其正常生长最重要的环境因素之一。低温会影响植物的生长发育、产量以及地理分布等诸多方面。为了进一步提高植物的低温适应能力,对植物的耐冷分子机制研究就显得尤为重要。本论文正文部分对模式植物拟南芥的低温适应机制进行了研究,同时附录部分也对玉米的耐冷分子机制以及高温抑制温度敏感突变体snc1-1介导免疫反应的分子机制进行了探索。正文部分以拟南芥作为研究对象,从反向遗传学的角度筛选冷敏感突变体,研究参与低温适应性的相关基因。其中的一个基因,AT1G70200,我们给它命名为RBD1。RBD1定位在叶绿体,仅在植物的绿色组织中表达,而且在成熟组织中的表达水平要高于新生组织。拟南芥缺失RBD1会影响叶绿体的功能,尤其在冷胁迫条件下会导致rbd1突变体出现冷敏感的黄化表型。虽然rbd1突变体表现出冷敏感性,但是RBD1并不受低温诱导表达,缺失RBD1也不会影响CBF和COR等基因的正常表达。因此,RBD1介导的冷敏感表型可能独立于CBF介导冷信号转导途径。通过对rbd1突变体中叶绿体RNA的加工、转录以及蛋白翻译进行分析,我们发现在冷胁迫条件下缺失RBD1会影响23S r RNA的加工,并会进一步导致叶绿体翻译抑制,叶绿体m RNA的表达水平和叶绿体编码蛋白的积累水平也显著降低。叶绿体23S r RNA加工和蛋白翻译在筛选到的5个RNP突变体中都有不同程度的降低,但是在rbd1突变体中降低的最为显著。通过RNA免疫共沉淀分析,我们发现低温诱导RBD1结合23S r RNA,介导23S r RNA的加工事件。总之,正文研究发现:低温诱导RBD1结合23S r RNA介导其加工事件,缺失RBD1会导致冷敏感性。附录1以玉米作为研究对象,通过转录差异表达分离鉴定低温相关基因,并研究其分子机制。杨光博士对吉林省296个骨干玉米自交系进行抗低温筛选和常温和低温条件下基因转录表达差异分析,最终鉴定了三个抗冷相关基因。其中一个玉米D型氯离子通道蛋白(Zm CLC-d),利用5’RACE技术,克隆了Zm CLC-d基因的c DNA全长。Zm CLC-d的转录受多种非生物胁迫因素以及外源ABA和H2O2诱导表达。拟南芥过表达Zm CLC-d株系表现出更强的抗低温、干旱和高盐胁迫能力,在低温条件下积累更低水平的丙二醛(MDA)和超氧阴离子(O2-)。此外,过表达Zm CLC-d提高许多逆境响应基因的表达水平。以上结果表明:Zm CLC-d参与植物逆境胁迫响应,在拟南芥中过表达Zm CLC-d能够提高其抗逆性。附录2以拟南芥温度依赖的自发免疫突变体snc1-1作为研究对象,从正向遗传学的角度分离鉴定介导温度调节植物免疫的相关基因,并研究其调控机制。我们对snc1-1作进行EMS诱变,以株型大小作为衡量免疫力高低的初级标准,来筛选一些在22°C和28°C同时具备较小株型并保持较高免疫力的温度不敏感突变体(insensitive to temperature/int)。通过诱变筛选,我们获得了一个在22°C和28°C生长条件下都保持较小的生长表型的突变体,命名为int211snc1-1,并把它作为候选的温度不敏感突变体进行分析。利用Next Generation Sequencing技术,成功定位并克隆了INT211基因,该基因为拟南芥t Z-type细胞分裂素转运体基因ABCG14,它介导t Z-type细胞分裂素从根部往地上部的转运。缺失ABCG14完全抑制snc1-1的免疫力,并下调该突变体中SNC1和PR1基因的转录表达水平。外源施用t Z-type细胞分裂素不仅能恢复abcg14单突变体和abcg14snc1-1双突变体的生长表型及免疫表型缺陷,还能进一步增强植物的免疫力。此外,缺失ABCG14还会影响细胞周期相关基因的正常表达。以上结果表明:拟南芥缺失ABCG14影响SNC1介导的免疫反应。综上所述,我博士期间对拟南芥响应低温的分子遗传学机制进行了分析,揭示了拟南芥RBD1蛋白通过加工23S r RNA增强耐冷性,本研究为进一步了解并提高植物的温度适应性奠定基础。