梅花(Prunus mume Sieb.&Zucc.)作为传统名花,深受国人喜爱。梅花自古栽培分布于黄河以南,在更北地区种植则受低温的限制。基于持续的耐寒品种选育和区域试验工作,对梅花耐寒机制的研究不断深入,但梅花响应越冬低温胁迫的分子机理尚不明确。本研究对7个梅花品种进行了多年多区域的田间评价,对4个梅花品种进行了低温胁迫生理实验,在此基础上选择‘送春’为材料,在三个试验点的越冬时期三个时间点分别取样进行了转录组学研究,系统阐述了梅花越冬过程中响应低温胁迫的生理变化及基因表达模式。主要结果如下:(1)田间评价结果表明,参试远缘杂交品种中‘燕杏’梅耐寒性最强(-31.4℃),‘送春’(-29.1℃)、‘丰后’和‘淡丰后’次之,‘美人’梅耐寒性最弱。低温胁迫生理实验表明,‘送春’、‘美人’梅、‘三轮玉蝶’和‘小红朱砂’的耐寒性依次减弱。胁迫过程中,‘送春’的相对电导率和MDA含量都低于‘小红朱砂’,表明耐寒性强的品种膜损伤程度更低。梅花可通过提高细胞可溶性糖含量和保护酶(SOD、POD和CAT)活性响应低温胁迫。(2)选择耐寒性较强且在三个试验点越冬表现有差异的‘送春’为材料测序,进行秋季落叶始期、冬季内休眠终期、春季萌动始期三个时间点和北京、赤峰、公主岭三个试验点的转录组比较分析。在冬季取样日三个取样地点间的差异表达基因总量(5813)要远多于秋季取样日(3559)和春季取样日(3445),表明冬季时三个试验点间有最大转录差异,这与温度因子相符。冷锻炼时期,北京、赤峰、公主岭三地的转录组中分别有1559(6.4%)、727(3%)、2410(10%)个差异表达基因;脱锻炼时期,三地的转录组分别有3517(14.5%)、4177(17.3%)、4691(19.1%)个差异表达基因,脱锻炼时期有更多的差异表达基因响应,表明脱锻炼阶段不应被简单看作冷锻炼的相反阶段。(3)转录组分析结果表明,梅花在感受越冬期间的低温信号后,通过Ca2+信号转导系统和MAPK级联转导信号,激素信号转导通路和磷脂酰肌醇信号系统通路通过信息交流影响信号转导,从而快速激活一系列转录因子(ICE、CBF、WRKY和Hsf等),调控下游与低温诱导蛋白(Pm LEAs、HSP83)、淀粉和多糖代谢(BGLU42、GNS1、XYL1、CEL1)、光合作用(pbs A)、保护酶代谢(GLO1、CAT1)和脂类代谢(ADS3)等有关的基因的上调或下调表达,调节了细胞的稳定性、低温下的光适应、活性氧平衡和膜脂组分等,促进了‘送春’对越冬低温的适应性。‘送春’具备在北京、赤峰和公主岭三地露地越冬的分子基础。(4)JAZ蛋白是茉莉酸信号通路、赤霉素信号通路和ICE-CBF信号通路信息交流的核心节点。在梅花基因组中共鉴定出15个TIFY家族成员,有8个属于JAZ亚家族。转录组分析结果显示,Pm JAZ2和Pm JAZ4在脱锻炼时期三地共同差异下调表达,表明JAZ蛋白可能对梅花适应越冬低温具有重要意义。大多数Pm TIFY基因(12个)在秋季或冬季高表达,表明Pm TIFY的基因功能可能和响应低温胁迫有关。控制条件下Pm JAZs响应低温胁迫的表达研究表明,Pm JAZ2和Pm JAZ6表达受低温胁迫的诱导。本研究首次对越冬梅树进行转录组学研究,结合田间评价和室内控制条件的生理生化、分子生物学实验,分析梅花响应低温胁迫的生理和转录变化模式,提出了冷锻炼/脱锻炼时期梅花低温响应基因差异表达事件的假设模型,为梅花耐寒品种选育和北移驯化工作奠定了理论基础。