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番茄(Solanum lycopersicum L.或Lycopersicon esculentum Mill.)属于茄科(Solanaceae),原产于南美洲安第斯山脉,是最重要的世界性蔬菜作物之一。在驯化过程中,对经济性状的集中选择使番茄的遗传多样性减小,很多特异基因可能丢失。番茄野生种具有很多有价值的基因,在品种改良中非常重要。因此,了解栽培番茄及其野生种的遗传多样性,对于番茄种质资源的保存和利用具有重要意义。随着气候变暖,高温胁迫成为全球农业面临的严重问题。在番茄越夏栽培中,高温是一种常见的非生物胁迫。在高温环境下,番茄植株的生长受到抑制,果实产量和品质下降。因此,评价和鉴定番茄种质资源的耐热性,从生理和分子水平上揭示耐热机理,不仅是番茄研究的重要科学问题,而且是番茄生产的迫切需求。为了进一步评价和挖掘耐热番茄种质资源,筛选耐热番茄材料,从生理和分子生物学角度揭示番茄的耐热机理,我们首先对部分栽培和野生番茄材料进行遗传多样性分析;然后进一步扩大材料样本量,进行耐热番茄基因型的评价和筛选;以耐热性不同的番茄基因型为材料,探讨苗期和开花期番茄对高温胁迫的生理响应;以耐热的番茄野生种为材料,分析了番茄miRNAs及其靶基因对高温胁迫的响应特点。主要研究内容和结果如下:1.以50份栽培番茄和野生番茄为材料,采用形态性状和分子标记两种方法评价其遗传多样性。主成分分析结果表明,3个主成分说明了78.54%的形态变异,50个番茄基因型分布在不同区域;根据形态进行聚类分析,50个番茄基因型被划分为6类。具有多态性的15个基因组SSR(genomic-SSR)和13个表达序列标签SSR(EST-SSR)分别扩增了1115和780条条带,分别检测到64和52个等位基因。Genomic-SSR和EST-SSR的多态信息含量(PIC)分别为0.49和0.45。番茄野生种的相似系数低于栽培番茄,基于分子标记的聚类分析将50个番茄基因型分为8类。Mantel测试发现,genomic-SSR和EST-SSR的矩阵具有较高的相关系数,而形态矩阵和分子标记矩阵之间的相关性较差。本试验所用的50份番茄种质资源在形态和分子水平上均表现出一定的变异性,以野生番茄的多样性更为丰富。2.以光系统Ⅱ最大光化学量子效率(Fv/Fm)为主要评价指标,测定3次不同高温胁迫下67个番茄基因型的Fv/Fm,并根据Fv/Fm排序。以筛选得到的2个耐热基因型和2个热敏感基因型为材料,测定其在高温胁迫下苗期的生理响应以及开花期的花粉萌发情况。结果发现,利用Fv/Fm可以有效地区分番茄基因型的耐热性。与热敏感番茄基因型相比,耐热基因型在热胁迫下保持较高的叶片色素含量和总酚含量。热胁迫下,耐热番茄叶片的气孔面积、气孔孔道面积和净光合速率与对照间差异不显著,气孔导度显著高于对照。热胁迫下,耐热番茄叶片的叶绿体保持正常形状,热敏感番茄叶片的叶绿体出现肿胀和淀粉粒降解。热胁迫下,耐热基因型和热敏感基因型的花粉萌发率和花粉管长度表现出差异,以耐热基因型表现较好。上述结果表明,Fv/Fm可作为番茄热胁迫伤害早期的预测指标和耐热性的鉴定指标,番茄叶片保持较高的叶绿素含量、较强的气孔调节能力和抗氧化能力是耐热番茄的潜在保护机制。3.以耐热番茄’LA1994’和热敏感番茄’Aromata’为植物材料,测定对照和热胁迫处理下苗期和开花期番茄植株叶片的光合参数、光系统Ⅱ最大光化学量子效率(Fv/Fm)、叶绿素含量和碳水化合物含量。结果表明,与对照相比,热胁迫下苗期和开花期’Aromata’成熟叶的净光合速率(PN)均显著下降,而’LA1994’的PN均保持稳定。热胁迫下,苗期和开花期’Aromata’成熟叶的Fv/Fm和叶绿素含量均显著低于’LA1994’。热胁迫下,对于开花期的幼嫩叶而言,’Aromata’和’LA1994’的碳水化合物含量变化一致;对于开花期的成熟叶而言,’Aromata’的果糖和蔗糖含量保持不变,淀粉含量下降,而’LA1994’的果糖和蔗糖含量显著上升,淀粉含量保持不变。热胁迫下,’Aromata’的花出现异常并脱落,坐果受到抑制,而’LA1994’的花器官和部分花粉粒保持正常,能正常开花坐果。苗期和开花期番茄对热胁迫的生理响应基本一致,热胁迫下番茄成熟叶(源)光合能力的下降会导致供应果实(库)碳水化合物的不足,从而抑制开花坐果。4.以耐热野生番茄’LA2093’(Solanum pimpinellifolium L.)为材料,在苗期分别进行常温(26/18°C,NT)、亚高温(33/33°C,MET)和高温(40/40℃，AET)处理,以常温为对照,取叶片构建三个小RNAs文库和三个降解组文库。通过高通量测序和筛选,从三个小RNAs文库中共鉴定了662条保守miRNAs和97条新miRNAs。亚高温下,39条保守miRNAs和4条新miRNAs显著上调,38条保守miRNAs和15条新miRNAs显著下调。高温下,62条保守miRNAs和20条新miRNAs显著上调,57条保守miRNAs和11条新miRNAs显著下调。通过降解组分析,发现138条保守miRNAs靶向349条序列,8条新miRNAs靶向13条序列。靶基因的功能注释表明,亚高温和高温下野生耐热番茄miRNAs的靶基因主要参与转录调控、特异DNA序列结合转录因子活性、DNA结合和催化活性等过程。4条miRNAs和5个靶基因的实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证结果与测序结果基本一致,说明测序结果的准确性。差异表达显著的miRNAs及其靶基因的调控网络关系图表明番茄miRNAs积极响应了亚高温和高温胁迫。本试验丰富了番茄响应亚高温和高温miRNAs的数量,为阐明植物亚高温和高温下miRNAs的响应特点并揭示miRNAs介导的靶基因调控机制奠定了基础。