在全球气候变化大背景下,水分对荒漠地区的限制作用越发显著,植被恢复越发困难,而伴随近年来全球氮沉降速率的加剧,养分含量的变化对植物的影响将日益显著,因此,对于干旱半干旱地区而言,研究植物对养分含量和干旱胁迫的增加具有重要的意义。唐古特白刺(Nitraria tangutorum Bobr),荒漠地区常见建群种和固沙树种,具有超强耐旱、耐盐碱的特征。目前对唐古特白刺的繁殖、光合特性等方面的阐明已经明确,然而在氮素增加和干旱加剧的条件下,白刺生长和内源激素含量等生理特征的变化机制尚不明确,由于遗传信息研究的缺乏,白刺对氮添加和干旱胁迫应答的分子机理有待研究。本研究设置不同氮添加和干旱胁迫试验,寻找白刺生长和内源激素含量的响应规律,并对其叶片进行转录组学比较分析,探索白刺对氮添加和干旱胁迫应答的分子机理。为揭示沙旱生植物生长调控机制和培育抗逆新品种提供基础,也为荒漠生态系统的可持续发展提供理论依据。主要结论如下:1.白刺株高、叶片长、宽、比叶面积、叶干物质含量、根生物量、叶生物量、茎生物量和植株整体生物量在氮添加浓度为36 mmol·L-1时均达到最佳生长状态;在60%-80%的土壤含水量下,叶片宽、比叶面积和、干物质含量、株高、结节长和叶片数、根生物量、枝生物量和总生物量均达到最大值,60%-80%的土壤含水量成为适合白刺生长的最佳水分生态位;氮添加与干旱胁迫对白刺根系生长具有显著的正交互效应。2.正常供水情况下,IAA、ABA、GA和SA含量随氮添加的增加呈先升高后降低的趋势,氮添加浓度为36 mmol L1时,ABA、SA和JA明显升高且达到最大值;干旱胁迫条件下,氮添加使IAA、ABA、GA含量显著增加,SA和JA显著降低;氮添加和干旱胁迫对白刺内源ABA、GA、SA、JA含量均存在·定的正交互作用。3.本研究首次运用RNA-seq技术对唐古特白刺叶片进行转录组测序,获得89.67G数据,do novo组装后得到332420条transcripts和276423条Unigene。不同氮添加样品中获得差异表达基因(DEGs)数量分别为:NOvsN6有4052个DEGs,其中包含1482个上调基因,2570个下调基因;NOvsN36有6181个DEGs,其中包含1687个上调基因,4494个下调基因;NOvsN60有3937个DEGs,其中包含2042个上调基因,1895个下调基因。干旱胁迫下差异基因数量为10229个,其中上调基因数4767个,下调基因数5462个,差异基因主要与亚铁血红素结合、过氧物酶、水解酶、氧化还原酶、脱氢酶等相关。用实时荧光定量PCR检测20个基因的表达结果与高通量测序中结果一致。4.对 NOvsN6、NOvsN36、NOvsN60 进行 G0 功能富集发现,分别有2412、4078、2482个DEGs被GO注释,显著富集的GO term主要与几丁质酶活性、氧化还原酶活性、水解酶活性、细胞壁大分子代谢、氨基酸合成与代谢、有机氮化合物代谢过程、激素代谢、叶绿素代谢等相关;NOvsN6、NOvsN36、NOvsN60分别有1101、2222、1234个DEGs注释到KEGG数据库中113、121、114个分类代谢途径中,显著富集的代谢途径主要涉及花青素生物合成、类胡萝卜素生物合成、卟啉和叶绿素代谢、黄酮类化合物生物合成、牛磺酸和亚牛磺酸代谢、光合作用-天线蛋白、谷胱甘肽代谢、脂肪酸降解、氨基酸代谢等过程。干旱胁迫下有3849个DEGs被GO注释,显著富集的GO term主要与纤维素合成与代谢、几丁质分解代谢、氨基糖分解代谢、对水分的应答等相关;有3047个DEGs注释到KEGG数据库中119个分类代谢途径,显著富集的通路主要涉及核糖体、植物激素信号转导、内质网蛋白加工、卟啉和叶绿素代谢、剪接体、氨基酸生物合成、淀粉和蔗糖新陈代谢、花青素生物合成、类黄酮生物合成、光合作用-天线蛋白等过程。5.白刺叶片卟啉和叶绿素代谢参与了应答氮添加和干旱胁迫的分子调控;氮代谢途径中NR、GS、NADH-GOGAT和Fd-GOGAT基因表达均发生变化,通过互相协作参与了应对干旱胁迫的正调控;干旱胁迫下激素CTK、ABA、ET和BR信号转导被激活,IAA、GA、SA和JA信号转导被抑制;干旱胁迫下发现属于58个转录因子家族的496个编码转录因子的基因,其中包括204个上调基因,292个下调基因。揭示了干旱胁迫下白刺信号转导机理及其在白刺抗旱中的重要作用。