泡桐(Paulownia)为泡桐科(Paulowniaceae)泡桐属(Paulownia Sieb.)的落叶乔木,是我国重要的速生用材、农田防护林和园林绿化树种,在木材供给、保障粮食安全、改善生态环境等方面具有重要价值。干旱是泡桐整个生命周期所遭受的主要威胁,严重影响泡桐的生长发育。植物的次生代谢指合成非生命活动所必需的次生代谢产物的过程,其代谢产物是植物长期不断适应环境,并进化的结果,它们可以作为转录调控因子和信号转导化合物,能够加强对生物胁迫侵袭的防御能力和对非生物胁迫的适应过程。因此从次生代谢过程探究泡桐对干旱胁迫的响应机制为本研究提供了新的方向。本研究利用Nanopore三代测序技术和小RNA测序技术,探究在干旱胁迫下白花泡桐次生代谢响应机制。本研究的主要结果如下:1.首次对干旱胁迫下白花泡桐的次生代谢基因表达进行了全长转录组分析,鉴定出了 6个次生代谢中响应干旱胁迫的相关基因。本研究通过Nanopore三代测序技术对白花泡桐干旱胁迫处理组(dsPF1、dsPF2、dsPF3)和对照组(PF1、PF2、PF3)共六个样品进行全长转录组测序,每个样品测序产出Clean Data均达到10.76Gb,通过去冗余分析后,最终获得65,450条转录本序列。经过筛选后,共鉴定出6085个DEGs,其中表达上调的差异基因有2972个,表达下调的差异基因有3113个。将这些差异基因进行GO、KEGG富集分析,发现差异表达基因主要在酚类次生代谢产物合成、萜类次生代谢产物合成、含氮化合物次生代谢产物合成和倍半萜ABA相关的植物激素信号转导等9条次生代谢相关通路中发挥调控作用。通过对这些通路分析,鉴定出ABA受体和乙烯响应转录因子等6个响应干旱胁迫的相关基因,其中调控乙烯响应转录因子1的基因作为干旱胁迫的应答基因,在ABA信号转导中起积极调节作用;通过调控香豆酰奎宁酸3-单加氧酶,在干旱胁迫下合成木质素增强泡桐的耐旱性。2.首次通过小RNA组研究技术分析了干旱胁迫下白花泡桐的次生代谢相关基因的表达情况,找到了 54个密切相关的差异表达miRNA。利用Illumina测序平台对白花泡桐干旱胁迫处理组(dsPF1、dsPF2、dsPF3)和对照组(PF1、PF2、PF3)进行小RNA测序,共得到85.41M Clean Reads。在六个样品中共得到278个miRNA,其中已知miRNA17个,新预测miRNA261个。鉴定的miRNA中有239个miRNA预测到3197个靶基因。经过筛选,鉴定出54个差异表达miRNA,其中24个miRNA上调表达,30个miRNA下调表达。这些差异表达miRNA的GO、KEGG富集分析结果显示,其主要参与到酚类中芳香族次生代谢产物合成、含氮次生代谢产物合成、倍半萜ABA相关的植物激素信号转导等4条与次生代谢相关通路。随机选取了 6个miRNA,通过qPCR验证小RNA组中miRNA表达量的结果是可靠的。3.通过将全长转录组测序数据与小RNA组测序进行关联分析,鉴定出了与次生代谢密切相关的4个干旱胁迫应答基因。差异表达miRNA与mRNA进行关联分析,通过将差异表达miRNA调控的差异表达mRNA进行GO、KEGG富集分析,找到6条与次生代谢相关通路,它们分别与酚类次生代谢产物合成、含氮化合物次生代谢产物合成和倍半萜ABA相关的植物激素信号转导相关。通过对富集到6条代谢通路的差异mRNA分析,鉴定出与木质素合成相关的调控香豆酰奎宁酸3-单加氧酶的基因等4个干旱胁迫应答基因;差异表达mRNA与miRNA关联分析,通过对差异表达的mRNA进行GO、KEGG富集分析,找到6个与次生代谢相关通路,经过对代谢通路分析后,鉴定到调控乙烯响应转录因子1的基因等3个干旱胁迫应答基因。这些基因的表达使泡桐在干旱胁迫下产生相关的次生代谢产物,改变体内的生理生化过程,从而提高了泡桐的耐旱能力。本论文通过全长转录组与小RNA组分析和鉴定了次生代谢过程中应答干旱胁迫的基因,发现白花泡桐通过倍半萜ABA通过信号转导途径激活相关基因和调节气孔开关减少泡桐体内的水分蒸腾、多酚化合物消除高浓度活性氧对机体的造成的损伤以及木质素表达水平变化增强白花泡桐的抗性等途径来提高其抗旱能力,这些研究结果为阐明泡桐的抗旱机制提供了理论支撑。