香蕉喜高温多湿环境,在我国南方地区被大量种植。然而,我国多数香蕉产区易受到冬春寒潮的侵袭,造成了巨大经济损失甚至绝收。因此,提高香蕉抗寒性势在必行。褪黑素（melatonin）是一类广泛存在于动植物体内的吲哚类化合物新型激素,其不仅可以促进植物的生长发育,还可以提高植物的抗逆性。本研究以低温敏感型‘巴西蕉’为材料,通过分析表型变化、生理生化指标、转录组、褪黑素合成相关基因的鉴定及表达分析以及抗寒相关基因的表达分析等,研究了外源褪黑素对香蕉抗寒性的影响,旨在为褪黑素在提高香蕉抗寒性中的应用提供参考。本研究结果如下:1、不同浓度的褪黑素对香蕉抗寒性影响不同,其中100μmol/L褪黑素对香蕉抗寒性的促进效果最佳。外源褪黑素处理显著提高了低温胁迫下香蕉叶片的电子传递速率、光捕获效率、总抗氧化能力、过氧化氢酶和超氧化物酶活性、脯氨酸和可溶性糖含量,显著降低了丙二醛、超氧阴离子和过氧化氢的积累。研究结果表明褪黑素通过促进光合效率、增加抗氧化酶活性、调节渗透调节物质以及降低活性氧积累等方式提高香蕉的抗寒性。2、通过比较四个不同处理（对照（CK）,褪黑素处理（M）,低温处理（T）和低温及褪黑素联合处理（MT））的香蕉转录组差异,从T vs CK比较组鉴定获得6847个差异表达基因（DEGs,其中4199个上调,2648个下调）;从MT vs CK比较组鉴定到8202个DEGs（4975个上调,3227个下调）;从MT vs M比较组鉴定到8745个DEGs（5335个上调,3410个下调）;从MT vs T比较组鉴定到349个DEGs（122个上调,227个下调）。GO富集分析结果显示这些DEGs主要在钙离子结合途径、黄酮代谢/合成以及谷氨酸代谢等途径富集显著。KEGG富集结果显示,褪黑素可以通过影响植物激素信号传导、MAPK信号传导、苯丙烷生物合成、抗坏血酸代谢、固氮作用、碳代谢等途径相关基因的表达提高香蕉抗寒性。3、植物褪黑素的生物合成主要由TDC（色氨酸脱羧酶）、T5H（色胺5-羟化酶）、SNAT（5-羟色胺-N-乙酰转移酶）和ASMT（N-乙酰5-羟色胺甲基转移酶）催化。本研究从香蕉基因组中鉴定获得9个MaTDCs、1个MaT5H、2个MaSNAT和24个MaASMTs。对MaTDC和MaASMT基因家族进行了系列生物信息学分析和低温和外源褪黑素处理下的表达模式分析,发现MaTDCs和MaASMTs可分别分为2和5个亚家族。并且分类结果与它们的基因结构和蛋白保守基序保守性基本一致。低温显著诱导了MaTDC4-1、MaTDC7-1、MaTDC10-1和MaASMT10-1的表达,并显著促进了内源褪黑素的积累,且低温和外源褪黑素同时处理时促进效果更显著。值得注意的是,MaTDC4-1、MaTDC10-1和MaASMT10-1的表达不仅受低温诱导,而且与褪黑素含量呈极显著或显著正相关。MaTDC4-1和MaASMT4-2的瞬时过表达显著增加了烟草叶片中褪黑素的积累。研究结果表明褪黑素可以通过调节MaTDC和MaASMT基因的表达、促进内源褪黑素的合成进而提高香蕉抗寒性。4、从香蕉基因组中鉴定获得2个SNAT,对其进行克隆验证并进行了系列生物信息学分析,并通过实时荧光定量PCR技术研究其在不同激素及低温处理下的表达模式。结果显示,MaSNAT2基因CDS长度为741 bp,编码246个氨基酸。MaSNAT蛋白定位于叶绿体,具有GNAT超家族典型保守Acetyltransf＿7结构域。MaSNAT2二级结构主要由α螺旋、β折叠和无规则卷曲组成,三级结构与水稻Os SNAT相似度为81.60%。MaSNAT2蛋白与小果野蕉SNAT相似度最高,亲缘关系最近。MaSNAT2启动子具有Me JA、ABA和GA3等激素响应元件。q RT-PCR结果表明MaSNAT2基因的表达受ABA抑制;GA3处理8 h和48 h后MaSNAT2表达量升高15.1和16.2倍;Me JA处理4 h后MaSNAT2表达量提高5.2倍;褪黑素及低温处理能显著诱导MaSNAT2的表达。本研究表明:MaSNAT2属于GNAT超家族,其表达受GA3和Me JA诱导,受ABA抑制。此外,该基因在香蕉响应该低温胁迫过程中也发挥重要作用。5、利用q RT-PCR技术研究了6个抗寒基因及MaT5H在低温胁迫下有无褪黑素处理的‘巴西蕉’叶片中的表达情况。结果显示:低温显著诱导MaChi I1、MaCSD1C、MaWhy1、MaKIN10、MaADA1、MaHOS1和MaT5H等基因的表达,而低温和褪黑素复合处理对它们的诱导作用更为明显。表明褪黑素及低温处理可以通过诱导抗寒相关基因及褪黑素合成相关基因的表达提高香蕉的抗寒性。