蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)是一种古老的豆科灌木，起源于距今200-6500万年的第三纪，主要分布于我国内蒙古阿拉善沙漠地带。该地区年降水量不足100mm，而年蒸发量却高达3000mm以上，属于极端干旱气候。本文是在实验室前期研究的基础上，借助高通量转录组测序技术，探究沙冬青响应干旱胁迫的分子机制，并与在拟南芥等模式植物中获得的基本认知相比较，借以揭示沙冬青在长期适应持续干旱胁迫过程中的特殊生存策略及其与维持养分吸收利用之间的关联。　　本文取得的主要研究结果如下:　　1、通过Illumina HiSeq2000TM高通量转录组测序技术，经过无参考序列从头拼接，获得了蒙古沙冬青共44959条基因序列，为后续研究提供了巨大的基因资源。在早期干旱胁迫下，沙冬青地上部鉴定到1035个差异表达基因(DEGs)，其中上调和下调的DEGs分别为469个和566个;而根部的1210个差异表达基因中，上调和下调的DEGs分别720个和490个。　　2、对测序中所得的DEGs进行功能以及代谢通路分析，并对部分DEGs进行了定量PCR验证，发现地上部有8个DEGs，地下部有12个DEGs参与了ABA的合成以及信号传递途径。这些基因的变化与该激素在体内的测定含量上升相一致，反映了ABA信号过程也是沙冬青响应干旱胁迫的基本特征之一。然而体内ABA含量的上升及其信号系统的激活，并未导致沙冬青气孔的高效关闭。受到干旱胁迫后，编码ABA信号途径中的PP2Cs基因的表达量被显著诱导，而下游的蛋白激酶SnRK2及其调控的气孔关闭的离子通道基因表达量没有显著变化。气孔观测实验结果表明，与拟南芥相比，沙冬青气孔的关闭过程对ABA的敏感性显著降低;相反，在气孔开放方面，沙冬青则表现出明显的钾浓度依赖性，这与实验室前人关于沙冬青气孔开放通道AmKAT1的钾吸收功能严格受到钾离子浓度控制的报道相吻合。　　3、实验室前期结果表明，在干旱胁迫时，沙冬青体内的脯氨酸含量急剧上升。该渗透物质的大量积累一方面可维持细胞的持水性，另一方面也有助于清除体内的活性氧;因此对沙冬青抗氧化防御系统关键酶的测定中，并未明显发现其活性受干旱胁迫的强烈诱导。转录组测序中发现14个与脯氨酸合成代谢途径相关的基因，其表达水平的变化符合促进脯氨酸合成、抑制该物质的代谢降解和增强体内运输进而使之大量积累的规律。另外，在地上部和根部分别有19个和36个差异基因分别参与了14条不同的碳水化合物合成代谢途径，包括促进可溶性糖的合成与积累。编码干旱胁迫保护性二糖的海藻糖的基因表达量显著上升，有利于该物质的合成积累。　　4、在上述沙冬青的转录组数据中进一步进行了转录因子分析，共发现有49个转录因子家族，包含1575个unigenes。干旱胁迫下，沙冬青地上部有44个转录因子差异表达（33个上调，11个下调）;地下部有57个转录因子差异表达(50个上调，7个下调)。其中NAC转录因子家族中共有11个基因差异表达，为差异表达转录因子个数最多的家族。本文克隆获得了其中上调最为剧烈的一个NAC转录因子，命名为AmNAC1。AmNAC1全长1008bp，包含两个内含子，编码335个氨基酸，具有典型的NAC结构域。通过亚细胞定位实验证明其定位于细胞核，且核定位信号位于N端;通过酵母及显色实验证明其具有转录活性，且活性部位位于C端。克隆获得AmNAC1的部分启动子序列，其中包含一个ABA响应因子结合元件ABRE。定量PCR发现，AmNAC1的表达受到干旱胁迫、盐胁迫、渗透胁迫以及ABA胁迫的响应，是一个典型的响应非生物胁迫的转录因子。　　5、通过转基因将AmNAC1过表达至拟南芥中，发现过表达株系较野生型拟南芥对非生物胁迫的耐性有显著提高。具体表现为L在NaCl胁迫以及Mannitol模拟的渗透胁迫下，过表达株系种子的萌发率高于野生型;在ABA诱导下，过表达株系气孔的开放度显著低于野生型;离体叶片的失水率实验结果发现，过表达株系水分散失率要低于野生型;控水实验表明，过表达AmNAC1后的拟南芥增强了植物的耐旱能力。通过对拟南芥过表达株系与野生型进行转录组测序，分析两者间差异表达的基因，发现存在355个DEGs，其中差异表达的转录因子为41个，差异表达的蛋白磷酸酶基因为16个，通过GO功能分类发现有86个DEGs属于胁迫响应基因。在蒙古沙冬青转录组和拟南芥转录组中，都发现编码PP2C和OST的基因差异表达，进而通过酵母双杂实验以及双分子荧光互补实验证明了AmNAC1与AmPP2C和AmOST1存在蛋白间相互作用。表明AmNAC1参与到ABA的信号传递途径中，从而调控下游基因的表达，增强了植物的耐干旱能力。　　6、植株元素含量测定结果发现，过表达AmNAC1株系体内铁含量显著高于野生型。由拟南芥转录组测序得到的差异基因中发现，调控铁吸收的bHLH转录因子差异表达，与铁吸收相关的基因IRT1以及FRO2差异表达，且定量PCR实验结果与转录组结果相吻合。同时，通过酵母双杂实验以及荧光双分子互补实验证明了AmNAC1与AtbHLH38和AtbHLH100之间存在相互作用。说明在拟南芥中过表达的AmNAC1参与到铁的吸收积累过程中，从而调控下游基因的表达，增强了植物对铁的吸收能力。　　综上所述，本研究揭示了沙冬青中由干旱胁迫/ABA诱导的气孔关闭效率比拟南芥等正常植物显著降低，该过程与其体内较高的PP2C(type2C protein phosphatase，ABA诱导气孔关闭的负调控组份)水平有重要关系。这一调控策略可使得沙东青在持续干旱胁迫下保持一定的气孔开度，进而可能维持有限的光合作用，并通过蒸腾拉力驱动水分和矿质养分向地上部的传输。另外，初步证明了沙冬青的干旱胁迫调控转录因子AmNAC1除参与干旱等非生物胁迫响应之外，在拟南芥中过表达还可通过与bHLH转录因子家族成员相互作用，增强植株对铁的吸收和积累。