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植物对高温胁迫能产生不同水平上的响应,然而木本植物在转录和代谢水平上如何响应高温还不清楚。毛白杨(Populustomentosa)是常见的城市绿化树种。本研究以毛白杨实生苗为研究材料,设置25℃常温对照和45℃高温处理,对叶片进行了细胞结构、生理指标、转录组及代谢组等水平上的测定,并对筛选的关键基因构建载体、遗传转化拟南芥和杨树,主要取得了以下结果:(1)通过扫描电镜观察发现杨树在高温组中(45℃)的气孔开张面积明显小于在常温对照组(25℃),高温组一些气孔几乎闭合,显示高温明显抑制叶片气孔开张。高温胁迫下,生理指标H2O2含量、CAT和SOD活性显著增加,POD活性并没有显著变化,可溶性糖含量显著下降,可溶性蛋白则无明显变化。(2)转录组测序发现7738个差异基因,其中,上调的为3888个,下调的为3850个。KEGG分析结果显示,这些差异基因的生物学功能显著富集于“光合作用”、“戊糖磷酸途径”、“糖酵解”等。GO功能分析结果显示,差异基因主要富集在“响应非生物刺激”、“响应热”、“叶绿体”、“类囊体膜”等。光合作用通路中,与光捕获复合体和光合电子传递系统相关的基因显著下调,如PSB27、PSB28、LHCA5、PETB和PETC。(3)通过代谢组鉴定到高温下叶片大量差异代谢物,其中,脂类物质4个,可溶性糖4个,无机酸和有肌酸16个。高温胁迫下,脯氨酸、棉子糖、蜜二糖的含量显著上升,丙酮酸、富马酸和肌醇的含量显著下降。(4)转录组与代谢组联合分析发现,糖酵解路径增强,而TCA循环受到抑制,尤其肌醇、磷酸盐、半乳糖、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、精氨酸和脯氨酸等代谢路径都显著受到了高温胁迫的影响。(5)对转录因子进行分析,共鉴定到差异转录因子553个。其中HSFs转录因子家族基因HSFA9、HSFA3、HSFA2和HSF4在高温胁迫下显著上调表达,MYBs转录因子家族基因中,MYB27和MYB4R1显著上调。而WRKYs转录因子家族基因WRKY50和WRKY13则显著下调表达。(6)荧光定量qRT-PCR验证了与高温胁迫相关的16个基因,HSF4和HSFA9在高温处理的四个阶段均显著上调,HSP70、HSP90-6、HSFA3、HSF4和P5CS在5小时45℃时显著上调,CYP97A3、CYP97B3、DREB1、DREB2、DREB2E、DREB5、HSP21、HSP90-6、HSFA9、HSF4、HSFA3、P5CS和WRKY50在5小时45℃时表达量达到顶峰。然而HSFB4在四个阶段却均显著下调。(7)通过构建过表达载体35S:DREB2-GFP和35S:HSFA3-GFP,并瞬时转化烟草,激光共聚焦显微镜可观察到DREB2主要定位于细胞核中,HSFA3定位在细胞质和细胞膜中。拟南芥及84K杨初步转化成功。