玉米苗期低温胁迫下转录谱变化与DNA甲基化修饰变化的综合研究

玉米苗期低温已成为影响吉林省玉米生产的一个重要问题。因此本项目围绕玉米苗期耐受低温胁迫开展工作，根据吉林省气候特点，模拟苗期低温的胁迫条件，对296份自交系材料进行了苗期耐低温筛选，根据筛选结果选出苗期耐冷和感冷的自交系作为进一步研究的材料，对其进行精细的苗期低温胁迫处理，分时段分器官取材，（1）利用DGE技术对其转录谱的变化进行分析，解析玉米苗期耐冷的代谢调控途径和调控机理，发掘关键位点功能基因/调控元件；（2）利用MSAP技术和亚硫酸盐测序技术，对其冷胁迫下DNA甲基化整体水平的变化，以及功能基因的DNA甲基化修饰状态的变化进行综合分析，解析DNA甲基化修饰对玉米苗期冷胁迫的响应机制和对功能基因表达的影响。通过本项研究，初步阐释玉米苗期耐冷的遗传调控机制和表观遗传调控（DNA甲基化修饰）机制，以及两者之间的相互关系，为玉米的分子设计辅助育种提供理论依据。

玉米作为重要的粮食和经济作物，其产量经常受到低温的影响。特别是在我国的东北地区，玉米在苗期经常遭受冷害，造成产量的下降。因此，研究玉米耐受低温的分子机制对创制耐冷玉米新种质显得尤为重要。本研究以课题组筛选出的耐冷玉米自交系为实验材料，主要利用DGE和MSAP技术探究玉米耐冷的分子机制，取得如下研究结果：.1. 利用低温发芽试验(6℃和4℃)、苗期低温筛选、生理生化指标测定，并结合田间验证，筛选出了一系列耐冷玉米自交系。.2. 利用DGE技术进行了玉米冷胁迫后的转录谱分析，在转录水平上发现有1176个基因上调表达，1255个基因下调表达。对这些基因进行进一步的GO和Pathway分析，发现冷胁迫对光合系统、次级代谢、循环节律等生长的诸多方面均发生了较为显著的影响。Pathway分析结果显示，赤霉素代谢过程中的一些关键调控基因对冷胁迫发生了较为迅速的响应。.3. 利用MSAP技术分析了不同低温处理时间点玉米幼苗的DNA甲基化变化。共分析了2178个甲基化位点的变化趋势。结果显示，冷胁迫诱导的基因组范围的DNA甲基化多态性在32.6%到34.8%之间。在这些多态性位点中，部分DNA甲基化状态在冷胁迫的诱导下会发生迅速变化，且整体上呈现去甲基化变化的趋势。.4. 综合DGE和MSAP分析结果，成功克隆了玉米耐冷基因ZmCLC-d和ZmSEC14p，进而构建高效表达载体转化拟南芥来验证基因功能。阳性转化的拟南芥株系在低温下的生长状态、抗氧化性和耐冷标志性基因的转录水平等多个方面较对照相比均有显著的增强，表明这两个基因可以显著地提高拟南芥的耐冷性。.本项目的研究结果为进一步揭示玉米低温胁迫下基因表达和DNA甲基化之间的关系提供新的理论依据。本项目完成了合同规定的计划任务和技术指标要求，发表标注本项目资助的SCI论文5篇，国内核心期刊1篇，会议论文1篇。