木材形成是一个复杂的生物学过程,经历了形成层细胞分裂和分化、新分化木质部的发育等过程,主要由功能基因和不同的转录因子协同作用保证这一过程的有序进行。microRNA(miRNA)是真核生物基因表达中的一类负调控因子,主要在转录后水平上通过介导mRNA的剪切或抑制其翻译来调控参与植物生长和发育的靶基因。为了研究miRNAs及其靶基因在木材形成过程中的作用,本论文以毛白杨为研究对象,利用次生维管再生实验系统获得不同时间点的再生材料,通过small RNA高通量测序分析了维管再生过程中miRNAs的表达模式并预测novel miRNAs,随后又通过降解组测序的方法预测和验证了毛白杨再生过程中miRNAs的靶基因。通过small RNA高通量测序的方法,从毛白杨次生维管再生的6个时间点,即剥皮后第7、10、12、16、18和21天中共鉴定出209个known miRNAs和127个novel miRNA家族的189个novel miRNAs。对miRNA的测序结果进行数据归一化处理后,43个保守miRNA和18个非保守miRNA在维管再生过程中有不同的表达值。miR156、miR164、miR166和miR168家族中成员在再生过程中6个不同时间点的表达值都很高,占到所有已知miRNAs表达量的80%以上。相反,5个保守miRNA家族:miR319、miR393、miR394、miR397、miR399和6个非保守miRNA家族:miR1446、miR1448、miR473、miR475、miR477、miR481中的所有成员在再生过程的6个不同时间点的表达量都很低,RPM值都小于10。除去低表达的known miRNAs外,大部分known miRNAs主要在维管再生过程的三个不同发育阶段表达,比如维管形成层起始时期(剥皮后第7天和第10天)、维管形成层形成时期(剥皮后第12天和第16天)以及维管形成层分化时期(剥皮后第18天和第21天)高表达。对其中15个known miRNAs进行了荧光定量PCR验测。毛白杨维管再生过程中novel miRNAs的表达量普遍低于known miRNAs,且有些novel miRNAs只是在某些特定再生时间点被检测到。在所有189个novel miRNAs中,只有来自20 novel miRNA家族的27个miRNAs表达RPM值大于10。对21个表达量较高的novel miRNA进行克隆测序并通过miRNA通用定量PCR检测了其表达值。为了实验验证上述miRNA的靶基因,我们将维管再生过程中相邻2个时间点(day 7vs.day 10,day 12 vs.day 16,day 18 vs.day 21)进行混合,构建了3个降解组文库并进行illumina高通量测序。最终,24个known miRNA家族共得到了223个靶基因,而在127个novel miRNA家族中,有45个家族通过降解组测序鉴定出126个靶基因。这些靶基因具有多样性,包括转录因子、信号转导因子和参与不同生物学过程的蛋白基因等。我们对靶基因进行了GO enrichment分析,得到8个known miRNAs和7个novel miRNAs家族的靶基因主要调控次生维管组织的形成和分化,它们主要参与生长素信号途径、细胞分化、分生组织发育和组织结构分化等生物学过程。同时,利用杨树全基因芯片,得到这15个miRNAs的42个靶基因在毛白杨次生维管再生过程中的基因表达值并通过Cluster软件进行表达聚类分析。在本研究中,我们从novel miRNA家族中鉴定出pto-miR034、pto-miR017和pto-miR046会形成三个miRNA基因簇,每个基因簇分别由来自同一miRNA家族的前体相邻地排列在基因组上。这三个miRNA基因簇分别位于蛋白编码基因的内含子上或是两个蛋白编码基因之间的非编码区,miRNAs前体的转录由自身所在蛋白编码基因的启动子或是前体序列上游启动子驱动。此外,通过降解组高通量测序技术,我们还发现有3个known miRNAs,ptc-miR396a、ptc-miR396b和ptc-miR1450的前体受到其自身成熟体miRNAs的剪切并且剪切点位于miRNA*的中间位置,而另5个miRNAs,ptc-miR396a、ptc-miR396d、pto-miR047a、pto-miR025a,b和pto-miR185的前体受到其他成熟体miRNAs的剪切但剪切位点分别位于前体序列的不同位置,比如剪切点位于前体二级结构的环上或位于靠近成熟体序列的5’端的区域。对毛白杨次生维管再生过程中miRNAs及其靶基因的研究,有助于进一步探明miRNAs对木材形成的相关基因的调控功能,从而为揭示木材形成的分子调控机制奠定理论基础。