百合(Lilium spp.)是重要的商品球根花卉,温度是限制百合地域分布的一个主要生态因子,低温直接影响百合生长和发育,以及百合产量,甚至导致植株死亡。因此,在园林中露地栽培应用中培育抗寒性强的百合资源势在必行。中国的东北地区野生种百合如卷丹(Lilium lancifolium)能适应于严寒环境并且在第二年春天持续发芽开花,此外它还具有抗高温,抗旱和改变土壤盐分的能力,探究卷丹的抗寒原理和其响应非生物胁迫的信号机理十分的必要,它是提高其它植物耐寒性的理想研究对象。因此卷丹冷适应中的信号调控作用和诱导表达模式对提高百合植株低温耐受力具有重要意义。本研究通过Solexa高通量测序方法,提取低温冷处理(4℃)2h和16 h的卷丹和常温对照(25℃)的卷丹RNA构建文库进行转录组测序。对差异基因进行qRT-PCR、GO、COG功能注释和KEGG通路分析,获得抗逆信号转导通路图。同时采用双向电泳技术和蛋白质谱鉴定的技术,对差异蛋白进行鉴定和功能分类。利用RACE技术对MYB家族转录因子LIAPL基因进行全长克隆并构建表达载体,通过花粉管通道法转化拟南芥后进行转基因的功能分析与验证,探究卷丹响应胁迫的基因表达脉络和生理调控机理。本研究进一步解析了卷丹响应冷胁迫的信号转导的分子机理,也为利用基因工程技术培育抗寒百合新品种提供重要的理论基础。主要研究结果如下：(1)利用Solexa技术对40C冷处理Control 0 h, Cold-treated 2 h和Cold-treated 16h卷丹三个样本的转录组进行测序,大约有10.7GB的数据生成并组装成37,843个Unigenes,有18736 (49.30%) Unigenes在SWISS-PROT数据库得到注释。进行的GO、COG功能注释和KEGG通路分析。差异基因在“信号转导”功能中所占比例最大,说明STM (Signal transduction mechanisms)基因在百合的冷应激和抗寒反应中发挥重要的调控作用。(2)从卷丹转录组中鉴定了包括NAC、CytochromeP450、Protease、WRKY、 MYB、bZIP、ERF、Lipase、AP2/ERF、ARF、RING finger、CIPK、DREB、bHLH、 Pathogen-related protein、MMADS-box等16个转录因子家族。在各转录因子家族中,MYB基因家族应答胁迫的基因数量最多。(3)鉴定10个基因进行QRT-PCR分析,LlCIS, LlMYBR, LlGPAT, LlCOR12,LlDREB1和LlCDPK等6个基因接收寒冷信号后才开始信号转导和转录反应过程。另外4个基因LlAP2、LlLEA、LlNAC1和LlHOT需要得到上游转录因子的启动,才可以使表达量升高,并参与到冷驯化中。另外,LlLE、LINAC1、LlCDPK和LlDREB1基因在冷诱导16 h鳞茎中的含量达到最高,说明卷丹的鳞茎在冷胁迫过程中已起到了十分重要的作用。(4)通过GO、COG功能注释KEGG通路和QRT-PCR分析获得抗逆信号转导通路图,卷丹在和冷温胁迫下基因表达脉络和生理调控机理。主要分为Ca2+、ABA依赖途径(ABA-dependent pathway)和ABA非依赖独立的途径(ABA-independent pathway三大信号通路。卷丹在接受的胁迫信号的传导后开启抗逆防御机制,如改变在细胞内和细胞外代谢活性；增加细胞间如脯氨酸的渗透保护剂的物质；然后调节抗氧化剂生物合成和碳水化合物的代谢；最终使机体从胁迫中恢复生态平衡且增强在胁迫环境的耐活力。(5)卷丹在40C冷胁迫下糖降解速度比ABA/Na胁迫下速度更快,在冷胁迫下卷丹能快速降解糖来产生淀粉,提高细胞液浓度和防止损伤细胞膜结构。这表明卷丹具有较强的冷驯化能力来适应冷环境,它可以进行了一系列的生理生化反应的来适应非生物胁迫。通过转录组分析和生理分析,鉴定了各个通路上的表达的基因(LICDPK, LISOS, LICBL),得到有关卷丹参与非生物胁迫的级联信号网络及抗逆脉络,为培育耐寒性耐盐植物提供思路,推动今后的抗逆育种工作。(6)进行了三大百合的同源基因的进化状况分析与研究,相对亚百’Tinny’和东方’Sorbonne’,卷丹的GO unigenes总数是最小的,但是它的catalytic activity function(催化活性功能)GO比例是三个当中最大的,而且转录因子(transporter activity) GO作用比也是最大的,验证了卷丹抗寒原因是激发自身更多的运输基因和转录因子来响应胁迫,使其具有更优异的抗逆性。(7)利用蛋白质组学的相关技术,在卷丹CK0h、CT16h和CT16h+ABA三组样品凝胶图谱上共发现149个显著差异表达的蛋白质点,并对筛选出的21个蛋白点进行质谱分析,最终有20个蛋白点获得肽指纹图谱。通过MIPS数据库检索对其功能进行了图谱分类,鉴定成功的蛋白有19个。差异表达蛋白参与到胁迫信号的接受与传递、促进物质及能量代谢、调节光合作用和呼吸作用等多个生命过程,从而提高了卷丹抵御外界胁迫的能力。说明外施少量的ABA激素能缓解低温胁迫对蛋白结构的改变和破坏,对增强卷丹抗寒性具有促进作用。(8)在卷丹转录组COG基因功能分类中,涉及到植株“物质新陈代谢”(Metabolism process,21.5%)和“信号转导机制”(Signal transduction mechanisms17.54%),说明Metabolism process和STM基因在卷丹的冷应激和抗寒反应中发挥重要的调控作用。转录组测序的基因分类与质谱分析鉴定蛋白功能分类基本是一致的。这些蛋白参与冷信号传递响应的不同过程,导致不同生理指标的变化和植株应激反应,从而使卷丹适应外界冷环境。(9)利用RACE技术对转录组测序得到LIAPL部分基因片段进行全长克隆,获得了该基因的全长cDNA序列,全长1303bp可以编码278个氨基酸。LIAPL基因的转录表达受低温、高温和高盐胁迫因子所诱导,而不被ABA和JA激素所诱导。构建pBI121表达载体,花粉管通道法转化拟南芥后,获得了T1代和T2代株系,并对T2转基因拟南芥进行表型观察和抗性检测,说明LIAPL转录因子的超表达可启动了一系列胁迫应答抗性基因的表达,这些基因的启动子区域含有DRE元件,最终转基因植株提高了对低温的抵御能力,LIAPL转录因子具有提高抗寒性的功能。