蔗糖是高等植物光合作用的主要产物,也是碳水化合物贮藏、运输和分配的主要形式。蔗糖代谢是植物体内最重要的生命活动之一。在橡胶树中,蔗糖在叶片中合成,经过韧皮部装载,长距离运输、韧皮部卸载和跨膜运输进入乳管细胞,然后分解成为葡萄糖和果糖,进入橡胶生物合成途径。在植物中,转化酶(INV)、蔗糖合成酶(Sus)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和磷酸蔗糖磷酸化酶(SPP)是蔗糖代谢途径的关键酶。在橡胶中,有关这四个家族基因的研究几乎为空白。本论文利用橡胶树基因组和转录组的二代测序数据,首次从橡胶树中全面克隆INV、Sus、SPS和SPP四个家族的基因,并对这些家族成员的基因结构、系统进化和表达模式进行分析。主要研究结果如下：1.以不同植物INV、Sus、SPS和SPP氨基酸序列为探针,对现有橡胶树海量EST数据进行搜索,分离并克隆得到17个HbINV基因,6个HbSus基因,4个HbSPS基因和3个HbSPP基因,部分家族成员之间具有很高的序列一致性。2.在HbINV、HbSus、HbSPS和HbSPP四个基因家族中,同一家族不同成员之间的基因结构具有较高的相似性,包括外显子/内含子的相对位置,外显子的长度和外显子的数目等。在进化方面,HbINV、HbSus和HbSPS家族基因都产生了大的分化类群,如HbINV家族基因分属于ClassN-α、ClassN-β、ClassC和ClassⅤ四个类群；HbSus家族基因分属于Sus Ⅰ、Sus Ⅱ和SusⅢ三个类群；HbSPS家族基因分属于Class Ⅰ、ClassⅡ和ClassⅢI三个类群：而HbSPP家族基因相对比较保守,属于同一个分化类群。在同一个分化类群中,不同植物的基因家族成员又按照双子叶和单子叶植物的分类分别聚在一起,说明这些基因家族的进化要早于植物向单子叶和双子叶植物的进化。3.采用Solexa测序技术和QPCR技术,分析了四个基因家族成员在不同橡胶树组织(胶乳、树皮、树叶、根、种子、雄花和雌花)中的表达模式。不同基因的组织表达模式不同,同一组织中同一家族不同成员的表达丰度差异较大,每种组织中都有一个优势表达的家族成员,如在胶乳中HbNIN2、HbCIN1、HbVIN3、HbSus3、HbSPS1和HbSPP1的表达丰度最高,在树皮中HbNIN2、HbCIN2、HbVIN2、HbSus4、HbSPS2和HbSPP1的表达丰度最高,在叶片中HbNIN8、HbCIN2、HbVIN2、HbSus5、HbSPS3和HbSPP1的表达丰度最高,在根中HbNIN5、HbCIN2、HbVIN3、HbSus5、HbSPS2和HbSPP1的表达丰度最高；从测序统计结果看(目标基因reads数／百万reads),四个基因家族成员在各种组织中的表达丰度分布范围相差较大,其中HbSus的整体表达丰度最高,HbINV和HbSPS次之,HbSPP较低。4.采用Solexa测序技术和QPCR技术,分析了四个基因家族成员在叶片不同发育时期(古铜期、变色期、淡绿期和稳定期)的表达模式。在叶片发育过程中,不同基因家族中都有某些(个)成员的表达发生明显变化,包括中碱性转化酶中的HbNIN1、HbNIN2、HbNIN6和HbNIN8,酸性转化酶中的HbCIN3、HbyIN1、HbVIN2和HbVIN3,蔗糖合成酶中的HbSus2～5,蔗糖磷酸合成酶中的HbSPS1～4和磷酸蔗糖磷酸化酶中的HbSPP1,这些基因受叶片发育阶段调控的表达模式显示它们可能通过影响蔗糖代谢而参与叶片发育调控。另外,HbCIN2、HbSus5和HbSPS3的表达呈现明显的口变化；而HbCIN2、HbVIN2、HbSus5、HbSPS3和HbSPP1在不同级叶脉中的表达存在明显差异,表明这些基因可能参与蔗糖韧皮部装载。5.乙烯利刺激可增强胶乳蔗糖代谢和提高胶乳产量,采用Solexa测序技术和QPCR技术,分析了四个基因家族成员应对乙烯利刺激的表达模式。乙烯利刺激后,HbNIN3和HbVIN3呈明显上调表达,HbSus2和HbSus3呈下调表达。此外,机械伤害对HbNIN3和HbSus3表达的影响具有和乙烯利刺激类似的作用效果,这可能与机械伤害诱导内源乙烯的产生有关。而在割胶影响下,大部分蔗糖代谢相关基因呈上调表达,这可能与割胶刺激碳库强度和胶乳再生相关。6.利用QPCR技术,分析了高温、低温和干旱胁迫对橡胶树组培苗叶片、根和树皮中四个基因家族主要成员表达的影响。结果表明,在各种非生物胁迫处理下,各组织中高丰度表达基因的表达模式大都会发生明显变化,表明蔗糖代谢相关基因可能在橡胶树抵御外界胁迫过程具有重要作用。7.本研究还对30个蔗糖代谢相关基因家族成员进行了SSR和SNP分析。在对各家族成员基因组序列的分析中共发现61个SSR位点,包括46个单核苷酸重复位点,10个二核苷酸重复位点,1个三核苷酸重复位点和4个四核苷酸重复位点,其中有一个SSR位点位于HbNIN6的第一个外显子中,其它位点均处于内含子中;在SNP分析中,以30个家族成员的基因全长序列作为研究对象,将5个品系基因组重测序数据与参考序列(来自热研7-33-97)作比较。分析发现,PR107品系中存在3个SNP位点,RRIM600中存在5个SNP位点,文昌11中有45个SNP位点(16个位于 HbSus6中),云研774中存在3个SNP位点,而热研8-79中没有检测到SNP位点。本文结果,为深入研究橡胶树中蔗糖代谢与碳源分配的分子调控机制、特别是蔗糖代谢相关基因在胶乳冉生调控中的作用奠定了良好基础,为橡胶高产育种提供理论指导,为橡胶树定向分子改良提供可靠的靶标基因,具有理论意义与应用前景。