南极大陆具有极端的自然环境和脆弱的生态系统。苔藓植物是南极大陆最主要的植物类群之一,本文以南极黄丝瓜藓(Pohlia nutans)为研究对象,主要研究结果如下:(1)国际上完成首个南极苔藓的基因组测序和适应性进化分析苔藓植物是南极大陆最主要的植物类群,目前尚未有极地苔藓植物基因组特征以及其适应性进化分析的研究报道。本研究利用三代Pac Bio测序、二代Illumina测序和高通量染色体构象捕获技术(Hi-C),对一株南极黄丝瓜藓进行了全基因组测序和组装,其基因组大小为698.20Mb,组装得到22条染色体,共编码40,905个基因。南极黄丝瓜藓的基因组的重复序列以转座元件为主,占整个基因组序列的63.79%;预测到黄丝瓜藓的基因组复制事件发生在距今约5.85百万年。通过不同物种间的比较基因组分析发现,南极黄丝瓜藓基因组中分别有7,807和635个基因家族分别发生了显著扩张和收缩。扩张的基因家族主要参与了代谢物合成和环境适应。(2)南极黄丝瓜藓响应紫外辐射的转录组学与代谢组学分析南极生物长期承受着多重环境压力,尤其是臭氧层丧失造成的紫外线辐射。南极植物对抗UV-B辐射的分子机制在很大程度上是未知的。本研究利用高通量测序技术对紫外辐射下黄丝瓜藓进行转录组测序,共获得19,045个差异表selleck HPLC达基因和1,459个差异表达的lnc RNA。通过功能注释,本研究发现差异表达基因和lnc RNA显著富集于植物与病原体相互作用和类黄酮生物合成途径。然后,利用广泛靶向代谢组学技术分析,共检测到451种代谢产物。经过综合分析,本研究发现在紫外辐射下与类黄酮生物合成相关的差异表达基因与差异代谢物、差异表达的lnc RNA与差异代谢物具有共表达模式。(3)南极黄丝瓜藓响应干旱胁迫的转录组学和代谢组学分析南极洲东部夏季温度在逐年降低,气候也正在变得干燥。南极植物适应干旱胁迫的分子机制却鲜有文献报道。本研究发现干旱胁迫下南极黄丝瓜藓茎叶体变黄和卷曲,丙二醛和脯氨酸的含量以及抗氧化酶的活性均有所升高。采用二代高通量测序技术和广泛靶向代谢组学技术分析,发现共有2,451个差异表达基因和354种差异immune-checkpoint inhibitor代谢物。通过聚类分析发现差异表达基https://www.selleck.cn/products/bmn-673.html因主要参与类黄酮合成、植物激素信号转导、活性氧清除和解毒、脂质代谢等途径。其中,类黄酮和脂质途径中的差异代谢产物最多,占总差异代谢产物的41.53%。此外,综合分析转录组和代谢组数据发现类黄酮和长链脂肪酸合成途径中的关键基因与其代谢产物具有共表达模式。总之,本研究完成了国际上第一个极地苔藓植物的基因组测序工作,并成功组装到了染色体水平的高质量基因组;采用转录组学和代谢组学技术揭示南极苔藓在紫外辐射和干旱胁迫下基因转录和代谢产物变化特征以及应答网络,初步揭示了南极苔藓植物基因组水平上适应极端环境的分子机制。这将扩大本研究对早期陆生植物进化和植物对极地陆生环境的适应的理解,为评估沿海气候变化对南极陆生植物的影响提供了重要的理论基础。