柳枝稷是一种原产于北美洲的多年生暖季C4草本植物,通常被用于放牧、水土保持以及生态建设等,近年来作为一种新型的生物质能源植物备受关注。相关研究表明,柳枝稷能够适应,重金属污染、盐渍、干旱、低温和贫脊等不良生长环境。根据我国国情,利用“边际土地”种植柳枝稷可达到生物质能源生产和土地高效利用的双赢。本研究通过高通量测序技术建立了镉胁迫下柳枝极幼苗根系转录组序列信息,并进行了初步的生物信息学分析,探讨了 Cd胁迫有关的代谢途径及相关基因;与此同时,该论文还研究了柳枝稷CCCH锌指蛋白基因家族,探讨了柳枝稷异源四倍体的起源与进化,并挖掘出可能参与和柳枝稷生长发育及非生物胁迫(如ABA、干旱、低温、盐渍等)相关的一系列CCCH基因。具体研究结果如下:1.以低地型柳枝稷品种Alamo为研究材料,利用Illumina Hiseq2500测序平台构建了柳枝稷根系镉胁迫6h和24h的转录组序列信息,共获得9个样总共63Gb数据。利用参考基因组将序列进行比对并进行差异分析,与对照组Oh相比,6h时获得3164条差异表达基因,其中1882条上调基因,1282条下调基因;于24h获得2207条差异表达基因,其中1388条上调基因,819条下调基因。结果表明24h时差异基因数远小于6h,推测部分基因表达的峰值时期应不长于24h;2.对差异基因的功能进行注释并分类,发现表达有差异的基因大致分为与镉胁迫直接相关的基因、应激因子基因和转录因子类基因。通过基因本体论(GO)分析发现,6h和24h时,差异基因参与最多的三个本体为:在生物过程中主要包括代谢过程、细胞过程和刺激响应等;在分子功能中主要包括催化活性、结合和载体活性等;在细胞组成中主要包括细胞组成、亚细胞组成和膜组成等。对6h和24h的pathway路径分析,差异基因参与最多的途径是苯丙氨酸苯丙烷合成代谢途径等。柳枝稷对镉胁迫的应答是一个多基因参与、多生物过程共同调控的过程;3.利用HMM分析方法共筛选到103条柳枝稷CCCH锌指蛋白基因,通过构建旁系同源基因系统发育树可将它们分为21个亚家族,位于系统发育树同一亚家族的成员其基因结构和蛋白结构的相似证明系统发育树的可靠;柳枝稷CCCH基因染色体和进化压力分析推测基因的串联复制和多样性选择是柳枝极CCCH基因数量扩增和功能多样性的原因4.构建多物种CCCH直系同源基因系统发育树发现第14亚家族基因可能与ABA响应和干旱、低温和盐渍等逆境应答有关,对第14亚家族的基因进行荧光定量PCR预测,发现在ABA和非生物胁迫下其表达量都发生了不同程度的变化。