干旱是限制植物生长发育的主要环境胁迫因子之一,白羊草(Bothriochloa ischaemum(L.))为禾本科孔颖草属多年生植物,起源于亚洲和欧洲南部,在世界各个暖温带地区都有广泛分布。它具有固土保水、生命力强,耐旱、高产耐牧、耐践踏、适口性好等优点。多年来对于白羊草的研究主要集中在生产性能、营养价值、生理生态及遗传多样性上,对白羊草抗旱的分子机制和及其响应干旱胁迫的信号转导机理研究甚少。本文首次应用高通量技术对干旱胁迫条件下白羊草叶片和根系的转录组和microRNAs(miRNAs)性状进行分析,筛选出叶片和根系共有的和各自特异性的与干旱胁迫相关的差异表达基因和差异表达的miRNAs,并在此基础上,对白羊草MYB转录因子进行挖掘和分析,旨在探索白羊草可能的抗旱分子机制,为种质资源的改善和提供可利用的抗旱基因资源奠定理论基础。主要研究结果如下:1、通过对干旱胁迫和正常生长条件下白羊草苗期叶片和根系进行基因转录表达水平上的分析,我们发现干旱胁迫后白羊草叶片和根系(与对照组的相应器官相比)中的差异表达基因分别为7989个和15675个,在叶片中上调表达的基因有4489个,在根系中上调的基因数为5010个;干旱胁迫后的叶片和根系中共有差异表达基因为2012个,其中共同上调的基因数为1068个。功能富集分析表明白羊草叶片和根系在响应干旱胁迫的过程中有许多相同的生物学过程和代谢途径,但同时也有差异。值得注意的是在干旱胁迫处理的叶片中,植物激素信号转导尤其是ABA信号转导组分和黄酮类化合物生物合成酶及调节因子有显著的上调。因此,这两个生物学过程对白羊草的抗旱性具有重要的作用。总的来说,我们在这次研究中所发现的ABA信号转导和次生代谢物之间协同作用的机制对白羊草抗旱分子机制的研究提供了新的思路。2、在白羊草转录组数据的基础上,采用Illumina测序技术和生物信息学方法,对干旱胁迫和正常生长条件下白羊草苗期叶片和根系miRNAs进行鉴定和表达分析研究。结果从4个库中鉴定出白羊草中有属于19个家族的79个已知miRNAs和92个新miRNAs。干旱胁迫后叶片和根系中差异表达的miRNAs分别有65个(上调28和下调37)和27个(上调15和下调12)。响应干旱胁迫的主要miRNAs为miR156、miR164、miR166、miR169、miR172、miR396、miR398、miR408和miR528。对这些miRNAs预测的靶基因进行GO生物功能和KEGG代谢通路富集分析表明,植物信号转导是叶片和根系响应干旱胁迫共同富集的主要代谢通路,而黄酮类化合物的生物合成则是干旱胁迫下叶片富集的最主要代谢通路。3、基于所获得的白羊草转录组数据,通过与拟南芥基因组中MYB转录因子进行比对,我们对白羊草R2R3-MYB转录因子进行挖掘和生物信息学分析。同时,结合与拟南芥R2R3-MYB转录因子所构建的进化树和白羊草R2R3-MYB基因在不同胁迫和组织中表达情况,对其进行了功能的预测和深入的分析。结果从白羊草共挖掘出186个MYB转录因子,其所含氨基酸数目为47~1602个,整体表现为亲水不稳定蛋白,以α-螺旋和无规则卷曲为主要二级结构构件。GO功能注释表明,它们主要参与生长发育、次生代谢和逆境响应等生物过程。将从白羊草中鉴定出的43条R2R3-MYB转录因子进行序列比对,发现白羊草R2R3-MYB转录因子的结构域有高度保守性,含有[W]-X(19)-[W]-X(19)-[W]-X(n)-[W]-X(18)-[W]结构。最后,通过对白羊草R2R3-MYB转录因子在干旱和正常生长条件下叶片和根系的表达水平数据所绘制热图的分析,我们筛选出可能参与白羊草干旱胁迫响应的R2R3-MYB转录因子有BiMYB129、BiMYB64、BiMYB67、BiMYB108、BiMYB142、BiMYB143、BiMYB35和BiMYB185,这些基因功能的确定将会进一步丰富抗旱基因资源。4、在白羊草转录组测序得到一个EST基础上,采用SMART~TMM RACE技术克隆到与一个与其他植物MYB转录因子高度同源的基因,该基因与高粱的同源性达到89%。将其命名为BiMYB,全长1343bp,编码293个氨基酸,预测该基因编码的蛋白定位于细胞核中,为不稳定的亲水蛋白。通过qRT-PCR技术对该基因在不同组织和胁迫条件下的表达情况进行分析,表明该基因存在组织表达的差异性,在叶中的表达量最高,根中最低。同时,该基因受外源ABA和干旱胁迫的诱导,由此推测BiMYB可能通过ABA信号传导途径参与白羊草对干旱胁迫的响应。