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水稻作为重要的粮食作物之一,养活了世界上超过一半的人口。随着全球气候变化,极端低温对水稻生产带来了严重的负面影响,造成水稻产量和品质的降低。因此,解析水稻低温响应的分子机制对促进我国水稻生产可持续发展具有重要的理论和应用价值。本论文基于水稻苗期低温（6℃）处理12 h和24 h的转录组分析,筛选出3个主要的候选基因OsTIL1、OsCaM1-1和OsCBP60。采用低温RNA-seq分析-候选基因筛选-功能鉴定的策略,运用分子生物学、生物化学和植物生理学的研究技术,系统阐明了3个基因在调控水稻耐冷性信号转导中的分子机制。主要结论如下:1.水稻冷胁迫主要影响膜相关信号和钙信号途径低温转录组分析表明,水稻苗期6℃低温处理12 h上调表达的基因1953个,下调表达的基因1159个;6℃低温处理24 h上调表达基因4856个,下调表达基因3289;低温处理12 h和24 h共同上调表达的基因1537个,共同下调表达基因567个。GO富集分析表明,共同上调表达基因主要富集在膜相关的细胞组分,分子功能主要富集在钙信号通路。KEGG富集分析表明,低温主要调控甘油磷脂代谢、活性氧平衡等信号通路。因此,膜脂信号和钙信号途径在水稻幼苗冷胁迫响应中发挥重要作用。并从中筛选出3个候选基因OsTIL1（LOC＿Os02g39930）、OsCaM1-1（LOC＿Os03g20370）和OsCBP60（LOC＿Os01g04280）。2.OsTIL1调控低温下ω-3不饱和脂肪酸甘油脂合成增加细胞膜流动性的作用机制载脂蛋白是普遍存在的保守蛋白,可以结合和转运多种脂质。同时,脂肪酸去饱和酶（FADs）可以维持冷胁迫下膜的流动性,免受氧化损伤。然而,载脂蛋白如何调节冷胁迫下的FADs是未知的。因此,本研究从水稻低温转录组中筛选到温度诱导的载脂蛋白基因OsTIL1,OsTIL1正调水稻苗期耐冷性。6℃+DMSO（细胞膜硬化剂）与6℃+DMTU（H2O2清除剂）处理试验表明,OsTIL1低温下促进细胞膜的流动性、降低ROS的积累。体外脂肪酸结合实验表明,OsTIL1可以与游离脂肪酸结合。转录组和脂质组分析表明,OsTIL1影响含有ω-3不饱和脂肪甘油糖脂与甘油磷脂的合成与积累。水稻稳定表达和烟草瞬时表达体系中酶活性测定表明,低温处理下,OsTIL1提高ω-3 FADs（Os FAD3-1/3-2,7,8）的酶活性,促进C18:3不饱和脂肪酸的产生,增加脂肪酸双键指数（DBI）,降低水稻幼苗中ROS积累。因此,OsTIL1主要调控18:3脂肪酸甘油脂类的合成与积累,提高细胞膜的流动性,降低ROS的积累,减轻低温下的过氧化伤害。3.OsCaM1-OsCBP60-OsDREB1A/1B/1H级联途径正调控水稻幼苗的耐冷性低温胁迫下,植物会产生Ca2+信号,OsCaMs可以识别和解码Ca2+信号。水稻含有5个OsCaMs基因（OsCaM1-1/1-2/1-3、OsCaM2和OsCaM3）,只有OsCaM1-1明显受低温诱导表达。耐冷性鉴定表明,OsCaM1-1和OsCBP60正调控水稻幼苗耐冷性。CaM1体外肽段结合测定、Co-IP和Bi FC实验表明,OsCaM1与钙调素结合蛋白OsCBP60在细胞核互作。OsCBP60作为转录因子,可以与GAAATTT顺式作用元件结合。OsCaM1还可以提高OsCBP60的转录激活活性。通过低温RNA-seq分析,筛选出含有GAAATTT元件的冷响应靶基因OsDREB1A、OsDREB1B和OsDREB1H。酵母单杂和双荧光素酶鉴定表明,OsCBP60可以与OsDREB1A、OsDREB1B和OsDREB1H启动子上的GAAATTT元件结合而增强后者的表达。DREB蛋白可以与含有CRT/DRE（A/GCCGAC）顺式作用元件的下游冷响应基因结合。同时,筛选出受OsCBP60和OsDREB1A/1B/1H共同调控的187个下游冷响应基因。它们主要参与氧化磷酸化、甘油磷脂代谢、光合碳同化、MAPK途径、淀粉代谢和蔗糖代谢。因此,在水稻中首次鉴定了一条OsCaM1-OsCBP60-OsDREB1A/1B/1H级联途径正调控水稻苗期耐冷性。本论文从膜脂代谢和钙信号级联途径的角度,阐明了OsTIL1和OsCBP60正向调控水稻苗期耐冷性的信号转导机制,为水稻幼苗耐冷性机制研究和遗传改良提供了新思路。