悬铃木(Platanus)属悬铃木科(Platanaceae)多年生高大落叶乔木,全球温带及亚热带各大城市普遍用作公路、街道和工厂绿化树种,在我国华南、华东、华北、西北以及东北皆有栽培,享有“行道树之王”的美誉。然而随着我国汽车工业的发展,城市汽车拥有量剧增,大量随汽车尾气排出的Pb2+,已成为城市环境的主要污染源之一,因此,作为城市主要绿化行道树的悬铃木受到的铅胁迫程度也在加重,表现在叶绿素含量降低,植物呼吸及光合作用受阻,体内产生氧化胁迫,导致细胞膜脂质的过氧化,蛋白质、色素、酶、核酸等的氧化损伤,叶片褪绿,生长迟缓,乃至植株死亡。目前,对于重金属的研究多数只是停留在对污染地区重金属含量的分析与污染评价,而关于铅污染对于悬铃木造成的危害,相关研究报道甚少,而对其伤害机理尚未做深入探讨。本研究以二球悬铃木(Platanus acerifolia)组织培养幼苗为供试材料,硝酸铅浸泡(XLM-12-40)为处理,蒸馏水浸泡(XLM-0)为对照,利用新一代Solexa/Illumina测序技术,建立较为全面的悬铃木转录组;采用基于测序的差异基因检测方法,找出不同处理间存在的差异表达基因,利用生物信息学分析表达差异的基因功能,筛选了响应铅胁迫的关键基因;构建悬铃木sRNA文库,鉴定了已知和新miRNA,确定了悬铃木响应铅胁迫的特异miRNA及其靶基因;初步阐明了铅胁迫下悬铃木相关基因表达及miRNA的变化规律。主要研究结果如下:1.完成了铅处理前后悬铃木转录组的测序和组装。通过对悬铃木叶转录组文库测序,每个样品均测到近七千万条raw reads序列。利用生物信息学软件分析和拼接后分别获得140,989条(对照组)、106,663条(处理组)和115,066条(对照组和处理组混合拼接All-Unigene)悬铃木转录组序列;利用Blast和ESTscan软件分析得到了 66,875条含CDS的基因序列。2.对悬铃木All-Unigene的进行了功能注释分析。115,066条悬铃木All-Unigene在Nr和Swissprot数据库中同源性比较表明,分别有63,750条、37,142条序列在以上数据库中与其他生物的已知基因具有一定程度的同源性;18,084条All-Unigene在COG数据库中存在功能分类;GO注释分类显示,41,539条All-Unigene从参与的生物过程、分子功能、所处的细胞位置分别分为25类、16类、14类,KEGG分析显示,34,556条序列参与了 128个代谢路径。3.对差异表达Unigene进行了筛选。对所构建的悬铃木转录组数据进行差异基因检测和多重假设检验校正,以FDR<0.001且差异倍数4倍为标准,筛选出16246条差异表达Unigene。4.完成了悬铃木响应铅胁迫的相关基因的筛选及分析。对差异表达的Unigene进行GO功能注释分类、KEGG代谢途径富集分析。进一步做BLAST对和相关代谢通路的分析,候选了 356个响应铅胁迫的关键unigene。这些unigene功能主要涉及叶绿素合成、植物激素信号传导、光合作用、呼吸作用、碳固定代谢过程、油菜素甾醇合成等代谢途径。通过综合分析,在铅胁迫条件下,CHLH、CHLG、CAO等表达被抑制影响了悬铃木的生长发育;MAPK、CDPK、GSH、MT等可能提高悬铃木的抗铅胁迫能力。5.构建了铅处理前后悬铃木sRNA库。两库sRNA总数均在1380万以上,21-24ntsRNA占总数的百分比均达80%以上,共有序列的比例占sRNA总数的比例达到80%以上。6.完成了悬铃木响应铅胁迫的miRNA及其靶基因的预测和分析。将sRNA序列比对到悬铃木转录组上,全面系统地比较了各个类型sRNA序列的种类和数量,鉴定出了 165个已知的miRNA,预测到184个新miRNA,获得105个与铅胁迫相关的miRNA,预测到75个miRNA的640个靶基因,并通过Nr,Nt,Swissport数据库对他们的功能进行了注释。与铅胁迫相关的miRNA的靶基因的功能主要包括氧化胁迫响应、植物激素信号传导、蛋白质可逆磷酸化、毒物外排和泛素等与逆境胁迫密切相关的功能,这些靶基因参与了悬铃木生长发育和其他的生理代谢过程,直接或间接地参与了悬铃木抵抗铅胁迫的途径。综上所述,论文在悬铃木遗传信息严重匱乏的情况下,利用新一代测序技术(Solexa/Illumina sequencing),首次构建了悬铃木叶转录组库,筛选了差异表达Unigene,筛选了 356个响应铅胁迫的关键基因;构建了悬铃木sRNA库,鉴定了已知miRNA,预测发现了新的miRNA和铅胁迫相关的miRNA,并预测到miRNA的靶基因。从不同层次、不同角度在铅胁迫条件下,研究和探讨了铅胁迫下悬铃木相关基因表达及miRNA的变化规律。同时,本研究对深入理解悬铃木生长发育的分子机理与调控机制提供了技术与信息平台。