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高丹草是典型的利用杂种优势的饲草作物,然而其杂种优势产生的分子机理仍然未知。本研究采用转录组学分析方法,通过鉴定差异表达基因,旨在深入地剖析高丹草杂种优势形成的分子机理,为杂种优势遗传理论研究积累资料。研究结果如下:1.以4份高粱不育系和5种类型苏丹草为亲本,按照NCⅡ设计配制成20个杂交组合,测量各杂交组合及亲本的农艺性状,通过表型值和中亲及超亲优势分析筛选出8个优势强的组合为试材,采用cDNA-AFLP差异显示技术进行分析。(1)12对引物共扩增出315条TDFs,其杂种与亲本间基因表达类型有:单亲表达一致一型(P1F1型)和二型(P2F1型)、杂种特异表达类型(F1型)、单亲表达沉默一型(P1型)和二型(P2型)、双亲共沉默类型(P1P2型)和杂种亲本表达一致型(P1F1P2型)七种。(2)在差异展示类型与产量构成因素的相关分析中,有效分蘖数与P1F1型、单株鲜重与P1P2型、叶长与P2型呈显著正相关,成株期叶片数与F1型呈显著负相关。在与中亲优势相关分析中,单株鲜重与P1、P2以及P1F1P2型呈显著正相关,叶宽与P1P2型呈显著负相关。在与超亲优势相关分析中,穗长与P2F1型呈显著正相关,叶宽与P2F1型以及P1P2型呈显著负相关。(3)差异展示类型P1F1、P2F1、P1和P2是显性效应类型,共占总检测的91.4%。差异展示类型F1和P1P2表现超显性,共占总检测的4.8%,说明各个性状的杂种表现主要受到的是(超)显性效应影响。(4)对8个与高丹草杂种优势相关的TDFs进行回收及BLAST分析均得到同源核苷酸,并且找到7个同源蛋白,这些蛋白质在控制植物生长发育方面具有重要作用。(5)将克隆测序获得的8条差异片段的核苷酸序列,采用半定量RT-PCR进行了验证。2.进一步选择强优势组合之一 11A×白壳苏丹草及其亲本,采用RNA-seq高通量测序方法分别对各材料的根、茎、叶三种组织进行分析,每个样品设置三次生物学重复。(1)测序共产生 787386707 个读长(reads),197.36Gb Clean Data,各样品 GC 含量在56.08%～58.77%间,Q30碱基百分比均不小于93.43%。各样品测序读长中有69.32%～85.51%与参考基因组得到比对。(2)各样品均检测到不少于58000个SNP位点,经过筛选后,得到198个符合研究目标的SNPs。在198个SNPs中,根、茎、叶分别有79、53和66个(涉及58、38和49个转录本)SNPs表现出等位基因表达偏向性。有10个SNPs位点(涉及8个转录本)在三种组织中均有表达。(3)共发掘1300个新基因,有776个新基因比对到已知数据库中。其中,有67个新基因比对到COG数据库中;443个新基因比对到GO数据库中;120个新基因比对到KEGG数据库中;273个新基因比对到Swiss-Prot数据库中;769个新基因比对到nr数据库中。(4)高丹草杂种与母本11A的差异表达基因在所有差异表达基因中所占比例较大,在根、茎、叶组织中所占比例分别为93%,77%和74%。将3954个高质量差异表达基因细分为12种类型,发现在高丹草杂种及其亲本中大多数的差异基因表达模式为非加性表达,其中加性表达基因约占5.77%,超显性表达基因占0.83%。分别利用Blast2 GO和KOBAS(v2.0)软件对3455个显性DEGs进行分析,得到46个功能子类和83个代谢通路。进一步分析发现有217个显性DEGs在三种组织中均有表达,对这217个基因进行KEGG和GO分析。KEGG分析显示,有三个通路(Carbon metabolism,Citrate cycle 和 Glycolysis/Gluconeogenesis)显著富集,涉及到 7 个基因。GO分析显示nuclear outer membrane和ADP binding显著富集,涉及到13个基因。(5)从上述20个基因中选择6个基因进行qRT-PCR验证。