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植物长期生活在不同重金属含量的生境中可能会产生具有不同耐性或积累能力的的生态型。本研究采用锰镉(Mn、Cd)超积累植物美洲商陆作为研究对象,从种群水平上,探讨重金属超积累植物对重金属污染环境适应的分子遗传机制。通过对野外采集的15个美洲商陆种群进行污染情况评价,根据采集点的污染情况将美洲商陆种群分为非污染种群,锰污染种群,镉污染种群三类。采用同质园的方法,对不同种群美洲商陆的锰、镉耐性和积累能力进行分析,发现Mn处理下,来自Mn污染区的美洲商陆种群株高、鲜重等比非污染种群高,具有显著性差异,而在地上部Mn积累方面Mn污染种群和非污染种群间没有显著性差异。而Cd处理下,来自Cd污染区美洲商陆种群和非污染种群间株高,相根长等具有显著性差异,并且Cd污染种群地上部Cd积累量显著大于非污染种群。将野外15个种群利用AFLP方法进行群体遗传学分析,根据PcoA、NJ和Structure结果发现15个美洲商陆野外种群被分为了 3组,分组情况与生境污染类型分类一致。因此不同的重金属污染生境导致美洲商陆种群发生遗传分化。同时对野外美洲商陆种群利用MSAP方法进行群体表观遗传学分析,将野外种群的个体对应种子种植于温室中进行同质园培养,来源于同一母株的幼苗分别进行Mn、Cd、CK处理,并进行MSAP分析,结果发现野外条件下种群的甲基化水平最高,同质园CK处理其次,同质园Cd和Mn处理甲基化率最低。对野外种群的MSAP数据进行PcoA分析,结果显示15个野外种群可分为3组,分组情况与生境污染类型分类一致,与AFLP结果一致。对野外Mn污染种群,同质园CK处理和Mn处理野外Mn污染群体的MSAP结果进行PcoA分析,结果显示来自野外的种群被聚集到一起,并且与同质园处理的种群相隔距离较远。同质园CK处理和Mn处理的美洲商陆种群分别被聚集到一起,但2组距离较近,而且有重合的部分。对美洲商陆Mn污染种群和非污染种群进行同质园处理的MSAP结果进行PcoA分析。结果表明在同质园CK处理下,非污染种群和Mn污染美洲商陆种群被聚集到2组中,2者间存在重合部分,距离较远。当进行Mn处理时,非污染种群和Mn污染美洲商陆群体同样被聚集到2组中,距离较近。同质园镉处理的MSAP结果与锰处理相似,野外Cd污染种群聚集在一起,同质园下生长的种群与野外距离较远。CK处理时不同种群距离近,Cd处理使不同种群距离变近。利用RNA-seq高通量测序技术对不同处理的美洲商陆叶片进行转录组和表达谱测序,在耐Mn和Cd胁迫过程中形成的差异表达基因分别有88个和100个显著性富集KEGG途径。对比发现两者的共同富集途径仅有2个。再对比2个处理间前20个GO富集类型的差异,可以发现2者中16个类型是相同的。结果表明Mn,Cd不同处理时产生相似的GO功能类型,但KEGG途径不相同。利用质谱技术对不同处理的美洲商陆叶片进行检测,获得大量蛋白组数据。发现锰、镉处理间有大量差异表达蛋白,分别有64个和48个差异表达蛋白,二者有21个共同的差异表达蛋白。在野外条件下,美洲商陆种群不管地理距离的远近和隔离,其遗传和表观遗传进化方向主要受到采集地污染类型不同的影响。污染类型的不同使植物遭受不同的胁迫,从而迫使美洲商陆向着更加耐受的方向进化。