随着全球极端天气频发,低温胁迫作为一种重要的非生物逆境严重影响作物的生长、发育和地理分布。马铃薯(Solanum tuberosum L.)块茎营养丰富,是世界第四大粮食作物,中国是第一大马铃薯生产国,产量占世界总产量的1/4左右;因此,马铃薯产业的可持续发展对保障中国的粮食安全具有重要意义。自2011年以来,贵州省马铃薯种植面积常年维持在66.67万hm2以上。马铃薯是喜凉不耐低温作物,在贵州省冬季和春季经常遭受冷冻伤害,尤其是霜冻危害,严重影响马铃薯的产量和质量。抗寒性改良已成为马铃薯育种中亟待解决的关键问题之一,分离鉴定抗寒性关键基因,阐明低温胁迫响应分子机制,培育抗寒性强马铃薯新品种对贵州省马铃薯产业具有重要的理论意义和应用价值。对马铃薯二倍体抗寒"S.commersonii"和低温敏感材料"S.cardiophyllum"进行2℃低温处理0 h、1 h、1 d、7 d、14 d和直接-2℃低温6 h(冷驯化前后)8个时期进行ssRNA-seq测序;鉴定到长链非编码RNA ScLnc21168差异表达,利用CDNA末端快速扩增技术(Rapid amplification of cDNA ends,RACE)克隆ScLnc21168全长,构建ScLnc21168、StCBF3和StSAMDC2过表达载体;利用四倍体马铃薯"Desiree"进行遗传转化,通过抗性筛选和基因表达分析,获得转基因材料;对转基因材料进行直接-2℃低温10 h处理3 d恢复和电解质渗透率测定验证其功能;酵母双杂、双分子荧光互补和pull-down实验验证StCBF3和StSAMDC2蛋白互作。对"S.commersonii"和"S.cardiophyllum"在不同低温处理下进行ssRNA-seq测序,发现ScLnc21168在"S.commersonii"冷驯化后低温处理下高表达。共定位和表达分析发现,ScLnc21168和StCBF3都位于3号染色体,ScLnc21168的靶基因为StCBF3,皮尔森相关性系数为0.97。利用RACE技术获得ScLnc21168全长为850 bp。构建ScLnc21168过表达载体,遗传转化到不耐寒四倍体品种"Desiree"中;通过35 S、潮霉素引物和基因表达量验证,获得过表达ScLnc21168株系10株,挑选过表达OE-ScLnc21168-1和OE-ScLnc21168-5阳性植株,进行-1.5℃处理后2d后正常温度恢复3 d;对照植株死亡,转基因植株部分叶片萎焉。qRT-PCR结果表明,与对照相比,StCBF3基因表达量在2和48 h最高。克隆StCBF3的CDS全长为654 bp,编码217氨基酸,亚细胞定位显示StCBF3在细胞核表达。与对照相比,StCBF3的过表达植株OE-StCBF3-1和OE-StCBF3-4表达量升高了200倍以上;对其进行直接-2℃低温10 h处理3d恢复,与对照植株相比,转基因植株表现为很轻的低温损伤。电解质渗透率测定发现,OE-StCBF3-1和OE-StCBF3-4的电解质渗透率在-1和-3℃显著低于对照植株。构建以-2℃不同处理时间的酵母双杂交文库,以StCBF3构建诱饵载体,筛选到72个正向克隆,挑选StSAMDC2基因编码S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶原酶进行验证,经过自激活验证后,一对一点板验证发现StCBF3与StSAMDC2蛋白存在互作。双分子荧光互补和pull-down实验也证实StCBF3与StSAMDC2蛋白存在互作。研究结果将为解析马铃薯响应低温胁迫的分子机制和马铃薯抗寒性状遗传改良提供重要理论依据。