低温胁迫限制作物正常生长,最终导致作物产量减少和品质下降。提高作物对低温胁迫的抗性是解决上述问题的有效途径。目前,关于植物低温胁迫响应主要以ICE1-CBF为主的ABA非依赖的信号途径进行调控,而其他激素调控植物低温胁迫响应的信号途径仍然未知。另外,目前关于植物低温胁迫抗性的研究大多集中在苗期,对植物成熟期的低温胁迫抗性的调控途径知之甚少。谷子（Setaria italica L）是中国北方地区广泛种植的杂粮作物,具有抗逆性强的特点,是禾本科作物抗逆研究的模式作物。目前,谷子抗逆功能基因组研究刚刚起步,其抗逆性强的分子机制仍然未知。挖掘谷子的关键抗逆基因,分析其抗逆功能对于揭示谷子抗逆分子机制,改良禾本科作物的抗逆性具有重要的实际意义和理论意义。本研究通过反向遗传学方法从谷子中克隆了参与植物低温胁迫响应的bZIP类转录因子基因SiTGA5,阐明其提高植物低温胁迫抗性的生物学功能,并揭示其调控植物低温胁迫响应的信号途径。主要的研究结果如下:1.对谷子低温胁迫转录组数据进行分析,发现bZIP类转录因子基因SiTGA5。通过氨基酸多序列比对构建系统进化树,对SiTGA5的进化关系进行分析,确定SiTGA5保守结构域和进化关系,发现SiTGA5属于bZIP类转录因子的第二亚组TGA类转录因子,SiTGA5与水稻OsBZIP08同源性最高。2.基因表达分析结果证明,在水杨酸处理条件下,SiTGA5基因的表达水平显著上调,并在2.5小时达到最高,是正常水平的4倍。在低温胁迫下,SiTGA5基因的转录丰度显著增加,在第2小时达到最高正常水平的3倍左右,然后下降。组织特异性表达分析结果显示,SiTGA5在根部表达量最高。拟南芥原生质体中蛋白亚细胞定位分析结果显示SiTGA5蛋白定位在细胞核中。转录激活试验结果显示SiTGA5没有转录激活活性。3.用PCR方法检测转基因水稻,并用数字PCR技术检测5个株系中外源基因的拷贝数,结果显示,转基因株系都是单拷贝。在水稻幼苗期和孕穗期对过表达SiTGA5的5个转基因水稻株系370、372、373、376和378进行低温处理,结果显示,经过处理后,在幼苗期5个株系都比受体水稻Kitaake的生物量高,其中370、372和373生物量增加显著。在孕穗期处理后,5个株系都比Kitaake的结实率高。说明过表达谷子转录因子SiTGA5可提高转基因水稻的低温胁迫抗性。4.OsNPR属于抗病相关SA信号途径中重要的成员。分别采用酵母双杂交、Pull-down、BiFC、烟草荧光素酶互补试验鉴定SiTGA5和OsNPR1的相互作用,结果表明SiTGA5可以与OsNPR1互作。5.启动子结构分析发现抗病相关蛋白OsPR1a基因的启动子区域中包含4个bZIP类转录因子结合的元件。DNA结合试验结果显示SiTGA5在体外可以结合OsPR1a的启动子区域中的特定位点。同时,在OsNPR1存在下,SiTGA5对OsPR1a启动子的结合能力增强,表明OsNPR1与SiTGA5的互作能够增强其转录激活活性。在DNA结合试验中,梯度增加SA的含量,OsNPR1的存在能够增强SiTGA5的DNA结合能力,并且这种作用受到SA的调控。LUC试验结果证明,在OsNPR1的存在下,SiTGA5对PR1a的激活能力同样增强,SiTGA5存在下,OsPR1a的启动子活性明显增强。上述试验证明,SiTGA5可以通过转录激活抗病基因OsPR1a的表达,并且这一功能的实现受到水杨酸信号通路受体蛋白OsNPR1的调控。