亚麻是一种重要的全球经济作物,具有优良特性和多种商业用途,已广泛用作纤维、食用油、药物、饲料和复合材料。近年来频繁发生的极端气候(包括高温)对农作物生产威胁越来越大,亚麻为喜凉作物,其茎的解剖结构和纤维形成受高温影响严重。而目前高温对亚麻纤维发育影响的分子机制研究鲜有报道。本研究结合二代高通量转录组测序和三代全长转录组测序技术,探究高温胁迫对亚麻纤维发育的影响,在此基础上,对亚麻生长素早期响应的LusSAUR和LusGH3基因家族、生长素运输载体LusA UX/LAX和LusPIN基因家族进行全基因组鉴定和表达模式分析。本研究主要内容和结果如下:1.高温胁迫下,分别在亚麻茎上、中、下三个部位取茎皮组织(分别代表纤维发育的三个不同时期)进行二代与三代转录组测序分析,其中HT处理与CK在茎皮上部、中部和下部差异表达基因数目分别为:2889、3131和5244。GO富集分析揭示:高温胁迫下,茎皮上部差异表达基因主要富集于通过苯丙烷生物合成过程/木质素的生物合成路径;茎皮中部差异表达基因主要富集在水解酶/半乳糖苷酶活性/β-半乳糖苷酶活性路径;茎皮下部差异表达基因主要与纤维素合成相关。我们调查了与细胞壁合成相关差异表达的基因,这些基因在纤维不同发育时期的表达模式差异很大,总体来看,高温胁迫下CesA、SUS、BGAL、PEL、PAL、GAD、LAC等基因均表达下调,大部分XTH、EXP、PME、CCoAOMT基因表达下调。此外,高温胁迫下,生长素响应基因SA UR、ARF、AMX/IAA以及生长素运输载体AUX/LAX、PIN基因差异表达,大多数基因在亚麻纤维发育不同的阶段表达保持一致上调或下调,其中2个SAUR基因、4个ARF基因、3个AUX/A4基因、1个AUX/LAX基因表达下调;3个SAUR基因、3个ARF基因、2个AUX/AA基因、1个AULAX基因和4个PIN基因均表达上调。这可能是在高温胁迫下,茎皮中、下部的韧皮部厚度、纤维细胞横切面积、纤维细胞壁厚度、茎横切面纤维细胞个数等显著低于对照,最终成熟纤维的纤维素含量显著低于对照,果胶含量显著高于对照的原因。基于以上分析和酸生长学说,我们推测亚麻生长素早期响应基因和生长素运输载体基因可能在亚麻抵御高温胁迫或在纤维发育过程中起重要作用,由此进行了后续研究。2.对亚麻SA UR和GH3基因进行全基因组鉴定,共鉴定到86个LusSAUR基因和10个LusGH3基因。对LusSAUR和LusGH3基因家族进行生物信息学分析,并通过公开的基因芯片数据和本研究的转录组数据,获得这些基因在不同组织和高温胁迫下的表达模式,从中选择在茎皮组织相对表达量较高或响应高温胁迫的基因,例如:LusSA UR9、12、15、18、35、39、50、72、73、83等基因。通过qRT-PCR获得它们在激素处理(IAA,MeJA,ABA,SA)和非生物胁迫(PEG,NaCl,CdCl2)下,在根、茎、叶组织中的基因表达模式。结果表明,IAA处理亚麻幼苗时,LusSA UR和LusGH3基因可以在短时间内响应生长素,表达迅速上调,并且LusSAUR基因在不同组织中响应激素处理和非生物胁迫。由此推测LusSAUR9、18、73、83基因在亚麻纤维发育、应对高温胁迫、激素处理和其它非生物胁迫过程中发挥重要作用,可作为候选基因进行后续研究。3.通过对亚麻A UX/LAX和PIN基因家族进行全基因组鉴定和分析,共鉴定到8个A UX/LAX基因和8个PIN基因。对LusAULAX和LusPIN基因家族进行生物信息分析,并通过公开的亚麻不同组织的基因芯片数据和本研究的转录组数据对LusAULAX和LusPIN基因的表达模式进行分析,由此推测LusAU/Xla、LusAUX1b、LusLAX1a、LusLAX1b、LusPIN1和LusPIN3基因可能在亚麻韧皮部纤维发育过程中发挥作用,LusLAXlb、LusPIN3、LusPIN5a和LusPIN5b基因在亚麻的茎皮组织响应高温胁迫。此外,LusLAX1a、LusLAX1b、LusLAX3b等3个基因存在可变剪切。LusAUX1a基因在拟南芥中异源表达后,转基因拟南芥发芽7 d的幼苗主根显著长于WT,对开花期拟南芥茎横切面细胞学分析发现,在茎上部和下部转基因拟南芥皮层细胞数量多于WT;在茎下部,转基因拟南芥维管束内细胞数增多。通过VIGS技术在亚麻中对LusPIN5a基因进行沉默,茎横切面细胞学分析表明,LusPIN5a基因的沉默影响了亚麻木质部细胞的形态和排列,并且韧皮部纤维细胞出现了大小不均一且细胞个数增多的表型。