本研究以白蜡属种间杂交种F1为主要研究对象,父本分别是新疆和北京种源的大、小叶白蜡以及天津和盘锦种源的绒毛白蜡,母本分别为哈尔滨和带岭种源的水曲柳。通过种间杂交共获得126个不同的白蜡属种间杂种组合,同37个亲本自由授粉子代,进行生长性状实地调查,通过比较,选择优良白蜡属种间杂种组合;对部分杂种组合及其亲本进行干旱处理,测定生理指标,对选出的高、中、低抗性杂交种及其亲本进行杂交种抗旱优势机制研究;通过水曲柳生物钟系统的关键转录因子LHY和TOC1基因的克隆、生物信息学分析以及表达特征的分析,深入探讨白蜡属种间杂种及其亲本中节律基因与ABA信号转导相关基因在干旱胁迫下的表达变化及相关性;进一步结合iTRAQ蛋白定量技术的蛋白质组分析,对白蜡属种间杂种及其母本干旱胁迫下响应的分子机理进行了较为系统的解析。本研究为揭示白蜡属种间杂种抗旱优势机制提供了新的思路,同时为进一步研究具有抗旱功能的相关基因及其编码的蛋白功能打下了基础,并为培育出生长快、抗干旱、适应性强的优良杂交后代奠定了理论基础。1、白蜡属种间杂种优良杂交组合的选择:（1）白蜡属种间杂交子代生长性状分析:参加调查的126个杂交组合子代间的树高、胸径、地径和材积差异均达到极显著,且各家系的树高、胸径、地径和材积4项指标均显著（p<0.05）高于亲本,且其中水曲柳×绒毛白蜡的杂交子代最高,分别高于水曲柳对照12.3%、14.5%、7.4%和38.7%;分别高于绒毛白蜡22.2%、37.3%、52.2%和108.1%;（2）白蜡属种间杂交子代优良杂交组合的选择:本实验将胸径指标作为白蜡属种间杂种优良家系生长性状方面的选择依据,按照超中亲优势大于25%,胸径平均值超出白蜡属种间杂种胸径总体平均值20%以上作为标准,初步选择出12个优良杂交组合,按照胸径从大到小进行杂交组合排列,其顺序为:D104、D105、D119、D116、D103、D78、D110、D95、D66、D94、D83 和 D67,其中D104 胸径超高亲优势为 33.9%,超中亲优势为56.0%,超子代平均值40.7%。2、白蜡属杂交种在干旱胁迫下的生理响应:在25%相对含水率干旱12d胁迫下各杂交组合幼苗的生长量和光合作用有不同程度的抑制作用,而同时MDA含量、抗氧化酶SOD和POD活性均有不同程度的上升,复水处理后,大多数生理指标得到恢复。此外,各杂交组合在干旱胁迫下ABA含量比对照均有不同程度的上升,GA含量比对照有不同程度的下降,IAA和ZR含量的变化趋势与ABA含量相似,复水处理后,少数植株中内源激素含量有所恢复。高抗旱性的杂交种D110和D16在干旱胁迫下保持高于母本的生长量、光合作用和抗氧化酶活性,以及低于母本的MDA含量,并且比母本积累更多的ABA、IAA和ZR激素和更少的GA激素。3、水曲柳节律基因LHY和TOC1的克隆和分析:以水曲柳叶片为材料,使用RT-PCR技术首次克隆了水曲柳节律基因LHY和TOC1的cDNA全长序列,结果表明:（1）水曲柳LHY和TOC1基因cDNA全长分别为2448bp和2080bp,与分别葡萄LHY基因和芝麻TOC1基因同源性达到73%和78%,并且覆盖率达94%和74%,基因开放阅读框分别为2313bp和1581bp,编码770个和526个氨基酸,均为亲水性蛋白,且无规则卷曲均为蛋白质二级结构的主要成分,与芝麻和葡萄LHY基因和TOC1基因编码蛋白序列同源性达60%以上,进化分析显示均与芝麻亲缘关系较近,且均与拟南芥亲缘关系最远;（2）水曲柳叶片中节律基因LHY和TOC1的表达量在一天之内的变化趋势呈现出随着时间的进行而产生昼夜波动,且周期大约为24小时。LHY基因的表达量在ZT0到ZT6之间处于较高的水平,在ZT9到ZT21之间处于较低的水平;而TOC1基因的表达量在ZT0到ZT12之间处于较低的水平,在ZT15到ZT21则处于较高的水平,说明LHY基因和TOC1基因的表达可能存在着此起彼伏,相互抑制的作用。4、白蜡属杂交种抗旱优势的分子机制分析:（1）节律基因对干旱胁迫的响应:杂交种在干旱处理后TOC1表达量下调,下降的幅度从20.9%到60.1%,且杂交种中TOC1表达量低于其对应亲本的双亲平均值,降低的程度从10.2%到37.8%;相反的,杂交种在干旱处理后LHY表达量上调,上升的幅度从32.7%到93.5%,且杂交种中LHY表达量高于其对应亲本的双亲平均值,升高的程度从22.8%到90.2%。表明节律基因TOC1表达量的下调和LHY表达量的上调幅度在杂交种中均明显超过亲本,说明杂交种在干旱胁迫下改变节律基因表达的幅度,可能是其抗旱优势的分子机制之一;（2）ABA信号转导相关基因对干旱胁迫的响应:高抗旱性的杂交种D110和D16在干旱处理后NCED、PYR1和SnRK2.6表达量均上调,且上升的幅度均高于其对应的母本 D113 和 M8,分别为 108.3%和 54.0%,74.2%和 167.3%,以及 56.1%和 63.8%;而耐旱性差的杂交种D15和D47在干旱处理后NCED、PYR1和SnRK2.6表达量则均下调,下降的幅度分别为35.0%和34.0%,43.3%和81.3%,以及8.2%和-10.3%。另外杂交种D110和D16在干旱处理后PYR1和SnRK2.6表达量均高于其对应的母本,其中D110的PYR1和SnRK2.6表达量分别为母本的1.9倍和1.1倍,D16的PYR1和SnRK2.6表达量则分别为母本的6.5倍和2.0倍。结合干旱胁迫下各杂交种的生理响应,杂交种之间ABA信号转导相关基因对于干旱胁迫的响应差异可能是导致各杂交种之间抗旱性差异的机制之一,杂交种D110和D16中NCEDD、PYR1和SnRK2.6表达量相比于亲本与其他杂交种更灵敏的响应,与更高水平的PYR1和SnRK2.6表达量可能导致了其优良的抗旱性生理。5、干旱胁迫下优良杂交组合的蛋白组分析:（1）白蜡属种间杂种蛋白质的定量分析:运用iTRAQ技术共鉴定白蜡属种间杂种蛋白质4927个,干旱处理12天白蜡属种间杂种D110表达差异的蛋白质共计1145个,其中对照组比处理组上调表达543个,下调表达602个。干旱胁迫处理后母本与种间杂种有1228个蛋白质有明显的差异表达,其中母本比种间杂种637个上调表达,591个下调表达。（2）白蜡属种间杂种差异表达蛋白质的关联分析:为了检测蛋白质干旱胁迫下在母本和种间杂种中的差异,将两组差异蛋白进行关联分析,结果显示共同差异表达的588个蛋白,在热图中聚集成4个不同表达模式的Cluster,并且干旱胁迫下大部分差异蛋白上调表达时,杂交种中表达量高于其母本;或下调表达时,杂交种中表达量低于其母本。上述结果说明杂交种中大部分的干旱胁迫响应的蛋白质的调控幅度高于其母本,表现出一定的抗旱性优势;（3）通过对白蜡属种间杂种差异性蛋白进行KEGG pathway分析发现,白蜡属干旱诱导表达蛋白,以及干旱胁迫下白蜡属种间杂种D110与母本D113的差异表达蛋白主要涉及的Pathway途径相似,主要包括代谢途径、次生代谢产物的生物合成、糖酵解/糖异生、核糖体、内质网中的蛋白质加工、氧化磷酸化、苯丙类的生物合成、光合细胞体中的碳固定、植物病原体互作、RNA转运和植物激素信号转导等。总之,白蜡属种间杂种抗旱优势的分子机制产生于:干旱胁迫下杂交种的节律基因表达幅度相比于亲本的变化,促进下游如ABA信号转导途径相关基因的表达,进而调控参与包括代谢途径、次生代谢产物合成、糖酵解/糖异生和蛋白质加工等下游干旱响应蛋白,使其在杂交种与亲本之间发生差异表达,从而产生杂交种与亲本在干旱胁迫下生理响应上的差异,形成杂交种抗旱性的优势。