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香蕉起源于热带,是重要的的水果和粮食作物,主栽品种香牙蕉喜温不耐冷,低温是限制其产量和品质的主要环境因素之一。植物对低温胁迫应答是一个复杂的生理生化过程,涉及多方面调控,生物膜和MAPK级联途径在其中起着非常重要的作用。为了挖掘利用香蕉自身抗寒基因,采用膜蛋白质组学和脂质组学的方法在生物膜水平上解析冷敏感香牙蕉和耐冷大蕉抗寒性差异的分子机制,同时利用酵母双杂交技术初步分析MAPK级联途径对下游的调控模式,并获得MaMKK2a香牙蕉超表达株系,为后续研究奠定基础。主要研究结果如下:1、低温胁迫下,过氧化物酶（MaPOD P7和MaPOD 52）和水通道蛋白（MaPIP1;1、MaPIP2;4、MaPIP1;2和MaPIP2;6b）早期积累以调控体内活性氧（ROS）平衡和细胞水势可能是膜蛋白水平上大蕉抗寒性优于香牙蕉的主要原因之一。10℃低温处理6 h后,香牙蕉幼苗顶叶出现失水萎蔫、ROS积累、丙二醛积累和相对电导率升高等寒害生理表型,而大蕉变化不明显。随后,在香牙蕉和大蕉10℃低温处理0 h、3 h和6 h的膜蛋白质组中分别鉴定到了82和137个差异表达的膜蛋白,其中大蕉（80）在冷处理3 h上调表达的膜蛋白数是香牙蕉（11）的7倍多。GO分析发现两者差异膜蛋白的分子功能聚类几乎一样,都主要涉及水解酶活性、结合活性、转运活性和抗氧化活性等方面。但是,每一类分子功能中大蕉差异表达的膜蛋白数量大约是香牙蕉的两倍,且主要是低温处理3 h上调表达的膜蛋白。结合生理表型,大蕉在3 h上调表达的过氧化物酶（MaPOD P7和MaPOD 52）和水通道蛋白（MaPIP1;1,MaPIP2;4,MaPIP1;2和MaPIP2;6b）被选为抗寒候选膜蛋白。亚细胞定位结果显示MaPOD P7定位于质膜和叶绿体上,qRT-PCR和MRM证明上述候选膜蛋白（基因）在大蕉中比香牙蕉中更早被低温诱导上调表达,这充分证明了膜蛋白质组学结果的可靠。进一步分析发现,过氧化物酶抑制剂叠氮化钠（NaN3）预处理大蕉幼苗能降低其抗寒性,表现出叶片失水萎蔫和过氧化氢积累等寒害症状。此外,大蕉膜相关的POD活性受低温诱导在3 h上调,可溶性POD活性变化不显著,而香牙蕉中可溶性的POD活性受低温诱导显著上调,膜相关的POD活性到6 h才上调。与可溶性POD相比,膜相关的POD对大蕉抗寒性更为重要。因此,低温胁迫下大蕉通过早期积累过氧化物酶和水通道蛋白以平衡体内ROS和细胞水势,而香牙蕉反应相对迟缓并表现出失水萎蔫、ROS积累和膜损伤等寒害表型。2、低温胁迫下,生物膜的完整、叶绿体光合系统膜的相对稳定和线粒体内膜上抗氰呼吸途径的启动可能是膜脂质代谢水平上大蕉抗寒性优于香牙蕉的重要原因。香牙蕉和大蕉均属于18:3植物。结合膜蛋白质组和脂质组数据分析发现大蕉膜脂质对低温的应答模式如下:（1）脂质代谢相关酶的增加促进PA、DAG和TAG向PC转化,减少PC向PE、PI和PS转化,并促进不饱和度相对较高的磷脂积累。这些变化有利于提高低温胁迫下细胞膜的自然弯曲能力、流动性和纳米结构域的稳定性;（2）MaPI-PLC对PI的降解有利于低温信号的传导;（3）脂质转运蛋白MaABCA7和3个MaTGD不同程度的增加有利于内质网合成的磷脂向叶绿体转运,促进特殊的PG,MGDG和DGDG的增加,从而稳定光合膜系统;（4）线粒体CL的减少导致细胞色素呼吸途径受阻,同时MaAOX1的增加激活抗氰呼吸途径,减少ROS积累。由于上述膜蛋白和膜脂质在香牙蕉中的低温应答模式与大蕉存在显著差异,导致其表现出叶绿素减少、光合速率下降、相对电导率增加和ROS积累等寒害表型。3、MaMKK2a-MaMAPK3a-MaICE1-MaPOD P7途径对大蕉抗寒性起正调控作用。大蕉中MaMKK2a、MaMAPK3a、MaICE1和MaPOD P7基因受低温诱导而显著上调表达,同时酵母双杂交结果显示它们可以依次相互作用。亚细胞定位结果显示MaMKK2a和MaMAPK3a充斥着整个细胞,空间上存在互作的可能;BiFC证明MaMAPK3a和MaICE1在细胞核中互作。根据上述结果推测大蕉中MaMKK2a-MaMAPK3a-MaICE1-MaPOD P7途径对其抗寒性可能起正调控作用。酵母双杂交结果显示20个大蕉MAPKs中有10个能与MaICE1互作,包括MaMAPK2b/2c和MaMAPK3a/3b,其分别与拟南芥抗寒性起正、负调控作用的MAPK蛋白同源性最高,说明大蕉MAPK对低温的应答模式与拟南芥不同;此外,MaMKK2a和MaMKK7a能与多个MAPK互作,同时MaMAPK3a/3b也能与多个MKK互作,意味着大蕉中可能存在其它MAPK级联途径成员参与低温胁迫应答。最后,大蕉MaMKK2a基因在香牙蕉中超量表达会导致胚不能萌发,将MaMKK2a中T31替换成A31则能获得超量表达植株,为后续MaMKK2a功能研究奠定基础。