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陆地棉(Gossypium hirsutum L.)起源于亚热带,喜热畏寒。随着我国植棉区大幅度调整,新疆成为了我国最大的棉花种植区,而由于新疆气候寒凉,春季常发生“倒春寒”灾害,导致大量棉田重播,严重影响棉花产量和纤维质量。而苗期是棉花冷害的关键时期,筛选培育棉花苗期具有耐冷性的品种对抵御“倒春寒”,保证棉苗成活及产量和品质具有重要意义和价值。本研究主要进行以下三方面研究:一是对我国黄河流域、长江流域、西北内陆流域、北部特早熟和国外五个生态区的棉花种质资源进行耐冷性鉴定和种质筛选,并对其中50个代表性种质运用多个指标鉴定耐冷种质;二是基于耐冷差异种质苗期的转录组测序分析筛选得到6个耐冷候选基因;三是对耐冷相关基因GhZAT10(Gh_D05G2011)进行了克隆和耐冷功能验证。主要研究结果如下:1.以4℃冷处理4.5天、再进行5天恢复处理后成活苗率作为棉花苗期耐冷性鉴定的主要指标,对来源于长江流域棉区、黄河流域棉区、西北内陆棉区、北部特早熟棉区和国外的315份种质进行耐冷性初步鉴定,结果显示西北内陆生态区的棉花种质耐冷性最强,国外种质次之,其他生态区棉花种质不耐冷且耐冷性差异不显著。依据活苗率,从每个棉区各筛选出10份种质,进一步通过活苗率、冷害级别、形态指标及相对电导率等4个指标来综合评定耐冷性,最终鉴定出苗期高抗冷种质1个(新陆中16号)、高耐冷种质两个(新陆早28号和新陆中1号)、耐冷种质3个(STS458、陕70、垦N27-3)、不耐冷种质4个(陕79、朝阳棉2号、吉尔吉斯和FM1735)和冷敏感种质有40份。2.对鉴定得到的两个耐冷差异显著种质(新陆中16号和新陆中32号)进行4℃冷胁迫0 h、1 h、3 h、6 h、9 h和12 h的转录组测序,共检测到67982个基因。我们发现转录因子在低温早期响应中大量上调表达,且在“第一波”转录因子中ZA T10 占比最高,几乎达到一半。冷胁迫3-9小时内,两个种质组间和组内大量差异基因上调表达。基于GO和KEGG富集分析,筛选得到在响应低温和温度刺激的GO通路中显著富集的 6 个基因:Gh_D05G2011、Gh_D10G2455、Gh_D13G0160、Gh_D 13G2112、Gh_A03G0210、Gh_D03G1371。其中 GhZAT10(Gh_D05G2011)属于“第一波”转录因子,在耐冷种质中的表达量显著高于冷敏感种质,因此我们对该基因进行了克隆和耐冷功能验证。3.GhZAT10基因全长813 bp,编码270个氨基酸,其编码蛋白无信号肽。亚细胞定位分析发现GhZAT10蛋白定位在细胞核。GhZAT10基因在根组织中表达量高于茎和叶,且低温胁迫下,在三种组织中均上调表达。GhZAT10基因沉默后的棉苗对低温敏感。综上所述,得到以下结论:西北内陆生态区棉花种质的耐冷性最强。通过多指标鉴定得到1份高抗冷种质,2份高耐冷种质,3份耐冷种质,4份不耐冷种质和40份冷敏感种质。转录组测序分析发现GhZAT10(Gh_D05G2011)属于“第一波”转录因子,在耐冷种质中的表达量显著高于冷敏感种质。GhZAT10基因沉默后的棉苗具有明显的叶枯现象,表明GhZAT10正调控棉花的耐冷性。本研究不仅为棉花品种改良及农业生产提供材料和理论依据,而且为培育棉花耐冷品种奠定了理论基础。