小黑杨(Populus simonii×Populus nigra)是杨柳科杨属乔木,是荒山荒地造林绿化的先锋树种,又是著名的抗旱、耐寒、耐瘠薄树种,同时也是北方主推的造林树种。目前,对小黑杨的研究多集中于生态学、造林学和育种学等方面,在小黑杨种子萌发机理方面的研究尚未见报道。大多数开花植物通过有性生殖产生的种子来繁衍后代,种子的萌发是从休眠胚时期到产生一个能够进行光合自养的个体植株的一系列转变过程,从浸种到成苗涉及诸多迅速而复杂的生理生化过程。因为在此阶段最易受到各种伤害,萌发被认为是植物一生中最重要的时期。因此,种子萌发等过程对林木的育苗生产具有重要意义。采用分子生物学手段了解和揭示林木种子萌发过程中基因表达的变化规律及生理学变化特征可以为促进种子萌发、提高种子抗性等研究提供理论依据。对种子萌发过程的分子机理研究一直是种子生物学研究的重要方向之一,而近年来基因组学的出现为解决这些问题提供了一种更方便有效的手段。但是当前种子萌发的基因组学研究主要集中在拟南芥及农作物等少数测序的模式植物和经济作物上,作为重要的木木模式植物的杨树在此方面的研究还缺少相关报道。开展小黑杨种子萌发的数字基因表达谱分析工作,不仅对探讨小黑杨萌发的机理、完善种子生物学研究、解决林木种子萌发难题具有非常重要的意义,而且对于深入理解复杂基因组植物的分子遗传学特征及指导其育种研究也具有重要价值。本研究采用高通量的数字基因表达谱(DGE)技术,测定了干种子期、快速吸水期、缓速吸水期、胚轴伸长期、子叶伸展期、幼苗期等六个时期的表达谱,分别获得了在小黑杨成熟种子中特异/优势表达的基因和小黑杨种了萌发过程不同时期表达变化差异显著的基因,并对这两部分基因进行了分析,结果如下：(1)通过对成熟种子与幼苗表达谱的比较,获得了1789个在小黑杨成熟种子中特异/优势表达的基因。对这1789个基因在丰度、家族数量以及GO富集方面的分析发现这些基因主要参与了脂代谢、转运、氧化还原、ATP合成、己糖合成、高尔基体转运以及转录调控等相关过程。(2)通过对成熟种子、快速吸水期种子、缓速吸水期种-子、胚轴伸长期种子以及子叶伸展期幼苗的表达谱的比较分析,获得了6496个差异表达基因。这些基因按其表达模式可分为12类,主要参与了细胞骨架重建、细胞多糖类代谢、转运、蛋白质降解、氨基酸代谢以及氧化磷酸化等生物学过程。(3)翻译以及氧化磷酸化途径等生物学过程所富集的基因在小黑杨种子萌发的大部分过程中其普遍以较高水平转录。说明这类基因参与了对小黑杨种子萌发过程中大部分阶段的调控作用。(4)细胞多糖代谢相关基因、脂代谢相关基因、光合作用相关基因以及单羧酸代谢类相关基因的mRNA仅在1个或2个时期表达量显著提高,说明这类基因参与了对小黑杨种子萌发过程中个别时期的调控作用。(5)对种子萌发全过程差异基因进行分析,共发现64个显著性富集的Pathway途径,分属于共21种不同的代谢途径,分别富集于不同时期；对相邻时期差异基因富集情况进一步分析表明,这些显著富集的途径与呼吸作用、贮藏物质分解及细胞原料类物质合成以及核酸代谢有关。(6)对种子萌发过程中呼吸强度、蛋白质含量、DNA含量、氨基酸含量以及可溶性多糖含量等的生理指标检测结果分析表明,种子萌发过程中存在着两个种子贮藏物质急速变化期——快速吸水期和胚轴伸长期,同时在这两个时期呼吸速率也显著发生改变。(7)对可能影响呼吸强度、蛋白质含量、DNA含量、氨基酸含量以及可溶性多糖含量等的生理指标的限速酶家族进行分析,结果表明,21个基因贮藏物质分解类限速酶在转录水平上与生理指标变化表现为一定的联系。本研究通过6个时期的DGE分析,结合呼吸速率、可溶性糖及可溶性蛋白等生理指标的变化分析,从转录组学角度系统地揭示了小黑杨种子从萌发到幼苗阶段6个时期各类基因的表达模式,从而为进一步分析各基因家族在种子萌发过程中的作用提供了宝贵的实验依据。本研究中得到了大量参与小黑杨种子萌发过程的基因,这些基因中不仅包含大量已知功能的基因,更重要的是还包括许多未知功能的新基因。这些基因的发现为进一步从遗传学和分子生物学角度揭示小黑杨种子萌发过程的分子机理提供了可靠依据。