白皮松(Pinus bungeana Zucc.ex Endl.)为我国特有树种,具有重要的文化价值,生态价值和经济价值,在我国造林、园林绿化、生态工程等广泛使用。为丰富白皮松分子水平数据,并分析矮化性状变异的分子调控机制,本研究以白皮松新品种的矮化性状为切入点,利用白皮松矮化性状变异新品种和普通白皮松品种作为对比材料,通过高通量测序技术建立白皮松转录组文库,并对差异基因利用GO,KEGG数据库进行功能富集与分析,筛选出与白皮松树形矮化有关的unigenes,并使用RT-q PCR加以验证;再利用代谢组学的方法对代谢物进行研究,分析其差异代谢物;在上述基础上,测定两个差异品种的激素含量的水平;最后,利用RACE对关键基因进行了克隆,并利用生物信息学手段对序列进行了分析。得到的主要研究结论如下:(1)对矮化变异的灌木状白皮松和普通白皮松进行转录组分析,共获得了88 092个平均长度为758 bp的unigenes。此外,通过BLAST,42 667个unigenes(48.43%)与已知的蛋白数据库具有的相似性。差异表达分析表明,共有98个上调unigenes和60个下调unigenes,存在植物激素传导、细胞分裂素氧化酶等功能有关的差异基因,包括CKX、ARR-A、AHP、MADS-box转录因子基因,这些基因与顶端优势密切相关,应是造成树形差异的主要原因。RT-q PCR结果与转录组测序表达量相对趋势一致。(2)利用代谢组学研究不同株型白皮松的代谢差异情况,在正负离子模式下共得到3864个被注释的代谢物,其中有595个差异代谢物。其中N6-异戊烯基腺嘌呤、玉米素等细胞分裂素代谢上调。与生长素合成密切的色胺上调,但生长素合成途径较多,并不能确定生长素含量升高。所以,细胞分裂素应是造成其树形差异的主要原因。(3)采用液相色谱质谱联用的方法对两种白皮松内源激素水平进行测定,发现矮化白皮松植物激素含量水平相对于普通品种发生变化,与乙烯合成有关的1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)和水杨酸(SA)含量下降,IAA、ZT和ABA含量上升,但在统计学上只有ZT的变化差异极显著,而IAA和ABA,ZT和IAA的比例差异显著。矮化白皮松植株矮小、侧枝繁多的特点很有可能与ZT的显著增高及IAA/ABA的减小、ZT/IAA的增大有密切的关系。(4)克隆了与白皮松低矮品种低矮性状有关的关键性基因的全长c DNA并进行了分析,包括与细胞分裂素氧化脱氢酶合成有关的Pb CKX1基因,以及在细胞分裂素信号传导中起重要作用的PHP1和PRR1基因。生物信息学分析发现,Pb CKX1编码的蛋白氨基酸序列与拟南芥At CKX7基因编码的蛋白相似度较高;PHP1编码的氨基酸序列与拟南芥AHP1蛋白相似性较高;PRR1编码的氨基酸序列与拟南芥ARR8、ARR9蛋白相似性最高。综上所述,认为白皮松矮化性状变异的主要原因是细胞分裂素的升高,另外生长素、脱落酸的升高以及各激素的比例变化也起到一定的作用。细胞分裂素升高的原因是编码白皮松的细胞分裂素氧化还原酶的Pb CKX1基因下调表达。而且细胞分裂素的升高还引起细胞分裂素信号传导相关基因的上调表达。