喀斯特地貌在全球范围内广泛分布,在我国主要分布在西南地区。是一种具有土壤钙镁含量高、低光照强度以及土壤层浅且持水性差等特点的环境,这种特殊的环境选择压力,使该地区植物具有特异的环境适应能力。但目前少有从基因组层面对植物适应喀斯特高钙环境的能力进行探究。柔毛阴山荠(Yinshania henryi)是一种能够适应喀斯特高钙环境的十字花科植物。为探究柔毛阴山荠适应喀斯特环境的分子基础,本研究首先使用三代测序技术和Hi-C技术获取高质量的基因组,在此基础上,探究了基因组进化在柔毛阴山荠适应以高钙为主的喀斯特环境过程中发挥的作用。此外,还通过对不同浓度Ca~(2+)(1.5、10、25、50、100 m M)处理下的柔毛阴山荠进行转录组测序,探究了Ca~(2+)转运以及响应Ca~(2+)处理相关基因的表达情况。以期揭示柔毛阴山荠耐受喀斯特高钙环境的分子基础。本研究获得了以下主要结果:1、利用Pacbio Seque II平台得到的三代测序数据对柔毛阴山荠基因组进行初步组装,得到的基因组草图由274个contigs组成,大小为202.13 Mb,contig N50为16.03 Mb。并使用Hi-C技术将柔毛阴山荠的基因组挂载到染色体水平,6条染色体的总长度为188.92 Mb,占基因组草图长度的93.46%,scaffold N50长度为34.35 Mb。基因组完整性评估结果显示,在有胚植物中保守存在的BUSCO(1,614个)基因集中,有97.6%的基因可完整比对到柔毛阴山荠基因组的单个基因中,说明基因组的完整性较好。柔毛阴山荠基因组中注释到的总重复序列长度为88.70 Mb,占基因组大小的43.89%;在柔毛阴山荠基因组中预测到的基因数量为28,473个,其中有27,94购买Colforsin7个基因被注释到功能。2、参照现有十字花科的系统发育关系,从公共数据库中下载14个十字花科物种的基因组,与柔毛阴山荠进行比较基因组学分析。系统发育分析结suspension immunoassay果显示,柔毛阴山荠属十字花科现有4个谱系中的LI分支,与已有结果一致。基因家族扩张收缩分析结果表明,柔毛阴山荠共有87个基因家族发生显著扩张(P<0.05),这些基因主要富集在与氧化还原、能量代谢以及碳水化合物代谢相关的通路中。认为与柔毛阴山荠对喀斯特高钙环境具有较好的耐受能力有关。3、将不同Ca~(2+)浓度处理后的柔毛阴山荠叶片进行转录组测序,并筛选差异表达基因。结果显示,高钙处理(100 m M)增加了多个具钙信号解码能力CML基因的表达量,推测其可以通过参与解码高钙环境下柔毛阴山荠细胞内的钙信号,提高柔毛阴山荠对高钙环境的耐受能力。此外,高钙处理还增加了钙转运相关基因(CAX、ACA、CNGC)的表达。这些基因可以通过将胞质中过多的Ca~(2+)转运至液泡或细胞外,来减少高钙环境对植物造成的损伤。4、对差异表达基因进行富集分析结果显示,高Ca~(2+)处理(100 m M)诱导了类胡萝卜素生物合成途径中与ABA(脱落酸)合成相关基因的表达发生上调,增加了柔毛阴山荠体内ABA的积累;同时,ABA的积累激活了ABA信号通路的核心部分Sn RK2,在高Ca~(2+)处理中有2个Sn RK2基因的表达上调。故认为与ABA合成以及其信号通路相关基因表达量的上调,增强了柔毛阴山荠对高Ca~(2+)胁迫的耐受。此外,在高Ca~(2+)处理下,谷胱甘肽代谢途径中编码谷胱甘肽S转移酶、过氧化物还原蛋白-6、谷胱甘肽过氧化物酶以及谷胱甘肽还原酶的基因都出现了差异表达。这些基因可通过清除由高Ca~(2+)处理过程中产生的活性氧,从而增强柔毛阴山荠对高Ca~(2+)处理的耐受能力。5、为确保转录组数据的准确性,使用为构建测序文库提取出的15个RNA样品,并选取19个与解码钙信号、Ca~(2+)转运以及响应Ca~(2+)处理相关的部分重要基因,进行实时荧光定量PCR验证。结果显示,在高Ca~(2+)处理下,以CML19/37/40为主的钙信号解码基因和以CAX1/3、ACA8/10/13与CNGC2/20为主的Ca~(2+)转运基因,表达都出现较为明显上调,与转录组数据的趋势相似;同时与响应Ca~(2+)处理有关的转录因子(WRKY6)、黄酮醇合酶(FLS1)、叶绿素酶(Smoothened Agonist核磁CLH1)以及水孔通道蛋白(PIP2-5)基因的表达量也出现了变化。此结果说明这些基因在柔毛阴山荠耐受高Ca~(2+)胁迫中发挥了重要作用。综上所述,本研究表明了柔毛阴山荠在高钙环境中,可以通过CML解码钙信号,激活转录因子和ABA信号通路,调控CAX、ACA、CNGC基因和谷胱甘肽代谢途径中基因的表达量,将胞质中过量的Ca~(2+)进行隔离或外排,并将由胁迫过程中积累的活性氧(ROS)清除,同时调控一些其它与响应高Ca~(2+)胁迫有关的重要基因的表达,从而使自身维持正常的代谢过程。