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木薯(Manihot esculenta Crantz)属大戟科(Euphorbiaceae)木薯属(Manihot)多年生亚灌木植物,起源于亚马孙河流域南部边缘地区,是世界热带地区重要的粮食作物,在我国热区木薯主要为淀粉工业和生物质能源提供原料,也是我国潜在的粮食安全有效补充作物。木薯在我国热带地区是仅次于天然橡胶的第二大产业,目前从我国木薯种植面积和产业发展角度出发,重点需要培育高产高淀粉、耐低温、抗病虫害和耐储藏的新品种,然而木薯基因组高度杂合和F1代严重分离的生物学特性限制了其杂交育种效率；因此,通过转录组研究解读木薯基因组功能元件和各种代谢通路,揭示木薯不同品种块根淀粉高效积累的生理机制,对促进传统常规育种与分子育种紧密结合,最后走向分子定向育种将起到非常重要作用。本研究以种植8个月的木薯2种野生种(岩生木薯M. saxicola;W14M. esculenta ssp. flabellifolia)和2种栽培种(SC205M.esculenta cv. SC No.205和SC8M. esculenta Crantz cv. SC No.8)块根为研究对象,研究4种木薯块根淀粉含量和组成及微形态特征；利用Illumina HiSeqTM2000测序仪对4种木薯块根转录组进行RNA-seq测序,了解木薯野生种和栽培种块根淀粉积累代谢通路的分子调控机制,挖掘影响栽培种和野生种块根淀粉形成和发育的重要基因,开发与木薯重要农艺性状相关的SSR和SNP分子标记,初步提出木薯从野生种到栽培种的分子进化证据,为培育高产高淀粉的木薯优良新品种提供理论支撑。主要研究结果如下：1.对木薯2种野生种和2种栽培种块根淀粉含量进行分析,得出木薯栽培品SC205和SC8的绝干淀粉率和直链淀粉含量都远高于野生种岩生木薯和W14。其中栽培种SC205的绝干淀粉率最高,为63.9%,而SC8的直链淀粉含量最高,达23.11%；W14的绝干淀粉率和直链淀粉最低,分别为23.1%和9%。块根淀粉含量的分析结果与电子显微镜观察结果相一致。2.对木薯2种野生种和2种栽培种块根进行Illumina RNA-seq测序,共获得原始数据19,588,567,320nt。通过de novo组装与拼接,获得Unigene序列78,532条,总长度93,395,911nt,平均长度1189nt,N50长度为1975nt。对Read进行拼接,获得396,549条Contig,总长度为165,341,233nt。3.将Unigen分别与COG和GO数据库进行比对,预测Unigene可能的功能并对其功能进行分类统计。分析发现共有40,933条Unigene可以和COG数据库中的基因具有同源性,根据功能可分为25类；其中与糖类转运和代谢相关的基因有2,345条,占5.73%。共有359,537条Unigene根据GO功能大致可分为生物过程、细胞组分和分子功能3大类55分支,其中生物过程这一大类中,细胞过程和代谢通路涉及的基因最多,分别为28,109条和27004条；细胞组分这一大类中,细胞和细胞部分涉及的基因最多,分别达到33,264条和33,263条,其次是细胞器涉及的基因,有26,682条；在分子功能这一大类中,具有结合功能和催化活性涉及的基因最多,分别有22,255条和21,322条。4.以KEGG数据库为参考,对木薯块根淀粉积累调控过程的转录组中的31,642条Unigene进行详细注释,根据代谢通路可以将转录组中的数据分成128类,包括淀粉和糖代谢、次生代谢产物的生物合成、植物与病原物的相互作用、植物激素信号转导、RNA运输、剪接体和内质网蛋白加工途径等。其中碳代谢包括十五大类代谢通路与淀粉积累相关,涉及的基因有3,715条,占整体的11.74%。主要包括淀粉和糖代谢途径,涉及的基因有713条、占整体的2.25%；糖酵解和糖异生代谢途径涉及的基因有448条,占整体的1.42%；丙酮酸代谢涉及的基因304条,占整体的0.96%；磷酸戊糖途径涉及的基因230条,占整体的0.73%；三羧酸循环途径涉及的基因198条,占整体的0.63%。这些与淀粉高效积累相关的关键基因为选育高产高淀粉木薯品种的挖掘重要基因标记。5.以岩生木薯为对照,对4种木薯转录本进行差异表达分析。岩生木薯与W14间差异表达Unigene共有36,122条,其中上调14,949个,下调21,173个；岩生木薯与SC205问差异表达Unigene共有8,557个,其中上调3,654个,下调4,903个；岩生木薯与SC8号间差异表达Unigene共有17,219个,其中上调7,505,下调9,714个。6.以岩生木薯为对照,对4种木薯差异表达Unigene的Pathway进行富集分析。岩生木薯与W14间差异表达Unigene在Pathway富集16,363条,其中富集在淀粉和糖代谢途径396个,占2.42%；与关键酶合成相关联的差异表达Unigene共68条,其中,与合成相关联24条,表达量下调；与降解相关联44条,表达量下调。从基因表达水平证明了W14块根淀粉积累低于岩生木薯。岩生木薯与SC205间差异表达Unigene在Pathway富集3,955条,其中富集在淀粉和糖代谢途径144个,占3.64%；与关键酶合成相关联的差异表达Unigene共21个,其中,与合成相关联8个,表达量上调,与降解相关联13个,表达量下调。在基因表达水平证明SC205块根淀粉积累远高于岩生木薯。岩生木薯与SC8间差异表达Unigene在Pathway富集8,347个,其中富集在淀粉和糖代谢途径277个,占3.32%。与关键酶合成相关联的差异表达Unigene共39个,其中,与合成相关联15个,表达量下调,与降解相关联24个,表达量下调。由于与降解相关联的Unigene表达量远远低于合成相关的。在基因表达水平证明SC8块根淀粉积累远高于岩生木薯。7.挖掘包括单、双、三、四、五和六碱基重复6个类型的SSR分子标记16,881个。从岩生木薯、W14、SC205和SC8中分别挖掘共有SNP79,354个、187,629个、83,462个和92,909个,包括转换和颠换2种类别6种类型。为认识木薯野生和栽培种遗传结构变异提供理论基础,对改良木薯块根淀粉含量和质量有重要指导意义。