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梭梭(Haloxylon ammodendrorn)为藜科(Chenopodiaceae)梭梭属(Haloxylon Bunge)的一种多年生的灌木植物,在我国西北干旱和半干旱地区的荒漠植被恢复中发挥重要作用。经过长期的进化,梭梭适应了这种恶劣的荒漠环境,得益于其对水分的高效利用和极强的抗逆性。在新疆地区,5月份梭梭开花授粉后,子房暂不膨大,时至8、9月份,凉爽的秋季到来,子房才开始膨大,逐渐形成果实,研究者将梭梭这种开花后子房暂不立即发育的现象,称为“花后生殖休眠”(reproductive dormancy after flowering-RDF),且证明光周期是调控RDF的主要环境因子。但关于梭梭的这种RDF现象和果实发育过程有待详细和深层次的研究。因此,本实验对梭梭果实发育过程和受光周期调控的方式进行了形态学研究。梭梭抗旱性研究开展的较早,内容已经涉及生态学、形态学、解剖学、生理和生化以及分子生物学等,但对其相关的组学研究较少。本研究利用第二代测序技术中Illumina的Hiseq2500和Miseq测序平台,开展了梭梭幼苗在干旱胁迫和复水条件下转录组的测序研究。在得到的测序结果中,筛选到2个差异表达的转录因子基因HaHSFA1和HaNAC2,对其生物学功能进行了初步研究。本研究的主要结果如下:1.梭梭的“花后生殖休眠”现象在其外部形态上表现为授粉后果实发育的不显著变化,解剖学水平上的特征为胚胎的缓慢发育而非长时间的合子休眠或原胚休眠。梭梭果实发育受光周期调控是典型的光周期现象,是为了适应环境而在长期进化中形成的有效的繁殖策略。长日照延缓了果实的发育,而短日照促进了果实的发育。2.对梭梭幼苗进行干旱和复水处理并测序后,共得到420.14 Mb的reads和51.24 Gb的Bases数据,经过对数据的质量控制和从头拼接共获得41381条unigenes,平均长度为1539 bp,N50为2115 bp。将得到的unigene与数据库NR、GO、KOG和KEGG进行比对,26154条unigenes(63.2%)得到注释,其余15227条unigenes(36.8%)没有注释成功,可能为新的蛋白编码序列,有待进一步研究其功能。梭梭在干旱胁迫和复水过程中,基因表达有显著差异,同化枝和根中的表达情况也有很大差别:材料1中,与对照相比,干旱胁迫导致同化枝中2430个和2278个基因分别上调和下调表达,根中4349个和2550个基因分别上调和下调表达,而仅有996个和590个基因同时在梭梭同化枝及根中上调和下调表达。在材料1和2的同化枝中仅有269个和384个同时上调和下调表达。3.对转录组数据进行分析发现,在干旱胁迫条件下,在热激转录因子中有一个unigene(comp99842_c0_seq4)仅在根中显著上调表达。本实验对其进行了基因分离和生物信息学分析,并通过进化树分析将其归类为HSFA1类热激转录因子,蛋白序列比对结果显示其包括A1类热激转录因子中的大部分功能元件,最终将此基因命名为HaHSFA1,蛋白为HaHSFAl。通过qRT-PCR对HaHSFA1在高温、低温、和干旱胁迫下的表达模式进行了研究,结果显示其不仅响应高温胁迫,且干旱胁迫后根中的表达量显著上升。基因枪转化烟草叶片细胞的瞬时表达实验结果表明,HaHSFAl主要定位在细胞核。通过农杆菌介导法成功的构建了HaNAC2转基因烟草,并对其生物学功能进行了研究,结果表明HaNAC2的表达提高了转基因烟草对干旱、盐和冷胁迫的抗性。2个基因对干旱胁迫的响应验证了转录组数据的可靠性。本研究的光周期调控梭梭果实发育为加速育种进程提供了有效方法和理论支持;干旱胁迫的转录组数据为研究植物抗逆性提供了大量有用的遗传信息;转录因子HaHSFA1和HaHSFA1生物学功能和表达模式的研究结果验证了转录组数据的可靠性,并为利用基因工程改良作物抗逆性奠定了基础。