由于二代测序仪的应用,获得大量的转录组数据已经相对便宜,为基于‘大数据’研究植物生态适应和系统发育提供了基础。桦木科分布广,适应性强；而科内属间关系清楚；从而为利用转录组数据研究植物生态适应和构建系统发育树提供了比较好的研究对象。本论文首先通过比较环境适应性独特的毛榛和欧洲榛揭示了榛属内部物种分化和生态适应性机制,接着通过虎榛子属3个种的比较转录组分析揭示了虎榛子属3个种的生态适应和生殖隔离机制,最后利用更多桦木科物种的转录组数据探讨了不同方法建立系统发育树的情形。主要研究结果和结论总结如下。1.毛榛是中国境内一种具有优良经济性状的榛属植物,它极其耐寒,而且对真菌有极强抵抗能力；但其近缘物种欧洲榛却不具有这些特征。通过毛榛转录组分析,我们第一次揭示了被子植物中紫杉醇合成相关基因；通过与欧洲榛转录组进行比较,我们发现两个物种直系同源基因中分化最大的基因跟真菌抗性和低温耐受紧密相关。这一研究有助于人们更进一步了解毛榛生态适应性的遗传基础。2.虎榛子属是一个仅有三个种的小属,由于这三个种的物种分化和物种形成既涉及南北的地理隔离,又涉及同域物种形成,因此是非常理想的物种进化研究对象。本论文首先对这三个种转录组测序,并对组装出的EST序列进行了比较转录组分析。通过比较直系同源基因在3个种间分化程度的差异,我们发现铁离子吸收相关基因可能影响虎榛子属物种南北分化。不仅如此,虎榛子与滇虎榛子近缘的差异分化基因以及居间虎榛子与滇虎榛子近缘的差异分化基因都在在叶绿体基因和生殖相关基因上富集；这一结果与此前叶绿体DNA显示滇虎榛子与虎榛子和居间虎榛子都具有共有单倍型,而虎榛子与居间虎榛子没有共有单倍型的结论十分相似,揭示着一种潜在的核质互作和核质匹配。我们进一步分析了直系同源基因在3个种间的适应性进化,并再一次揭示出叶绿体和生殖相关基因在3个种的物种分化与物种形成中所扮演的重要作用。同时,虎榛子是一个先锋物种和黄土高原的优势灌木,体现出较强的干旱适应力。为了揭示其抗旱的分子机制,我们找出了一系列抗旱相关基因的EST序列,它们参与脱落酸诱导的气孔调节、渗透压调节、叶黄素循环,脂质合成和水分运输等各个通路,可能对于该物种的干旱适应能力起着重要作用。通过这一研究,我们加深了对虎榛子抗旱分子机制的了解。3.以前对于桦木科分子系统发育的了解主要来自于对叶绿体DNA和核内ITS序列的研究,并且存在二者所建系统发育树不一致的情况。本论文从桦木科11个种的转录组数据出发,以夏栎为外类群,寻找了这12个种的直系同源基因,通过三种不同方法建立了这12个种的系统发育树；其中,单个基因分别建树后再生成一致性树的方法获得的系统发育树支持度较低,所有基因串联后使用bootstrap产生随机序列建树再生成一致性树的方法获得的系统发育树支持度最高,随机串联一定数量基因建树再生成一致性树的方法获得的系统发育树支持度跟串联的基因数目正相关,当基因串联后平均长度达到10000bp时,系统发育树的支持度可达100%。我们对4个单拷贝基因的建树研究,进一步表明序列长度对于高支持度系统发育树的关键性。我们通过核基因建立的高支持率桦木科分子系统发育树确证了之前使用叶绿体DNA获得的结果；其中串联基因数目对于系统发育树的影响对于该科内物种之间的分子系统发育树、乃至群体之间系统发育研究都有着指导意义。通过计算桦木科11个种直系同源基因的正选择,我们找出了一些与桤木生态适应性相关的正选择基因,对于虎榛属三个种的正选择研究进一步显示出金属离子结合与虎榛属生态适应密切相关,而叶绿体和生殖相关基因在虎榛属的物种分化与物种形成中起着重要作用。