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干旱、高盐和低温等非生物胁迫是限制植物生长、发育、产量及地理分布的主要环境因子。植物在长期进化过程中形成了多种逆境适应机制，涉及形态学、生理生化及代谢等多个层次，伴随着一系列基因表达调控。苜蓿是重要的豆科牧草，营养价值高，抗逆性强，根系发达，研究其抗逆机制具有重要的经济价值和生态学意义。蒺藜苜蓿(Medicago truncatula Gaertn.)作为豆科的模式植物，其完善的基因组学信息和突变体材料为研究苜蓿乃至豆科植物的发育与抗逆机制提供了分子基础。HD-Zip是一类植物特异的转录因子，在植物生长发育调控和逆境响应过程中发挥着重要作用。本论文以蒺藜苜蓿A17为实验材料，采用Illumina Hiseq2000第二代测序平台进行RNA-seq高通量测序，分别构建了蒺藜苜蓿叶片和根组织响应渗透胁迫、盐胁迫和低温胁迫的表达谱，结合GO(Gene ontology)功能分类和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)代谢通路分析，对不同处理的差异表达基因进行了深入分析和比较，在转录水平阐述了苜蓿对渗透、盐害和低温胁迫的响应机制。同时对HD-ZIP转录因子MtHB2进行功能鉴定，研究了该基因在逆境响应和根系生长发育调控中的作用。 主要研究结果如下: 1.在渗透、盐害和低温三种胁迫下，根系中差异表达基因的数量均明显高于叶中，表明蒺藜苜蓿对三种胁迫的响应存在组织特异性，同时也说明根系的响应在苜蓿对逆境胁迫的适应中发挥着重要作用。 2.差异表达基因的韦恩图分析表明，蒺藜苜蓿对渗透胁迫、盐胁迫和低温胁迫的早期响应中存在共同的机制和胁迫特异的响应机制，渗透胁迫和盐胁迫有着较多的共同调控途径，而苜蓿对低温胁迫有更多的特异响应机制。GO功能分类表明，三种胁迫均影响了光合作用、代谢、运输、翻译、转录调节、信号转导、氧化胁迫应答和逆境应答等过程;脂质代谢和运输、氨基酸合成、细胞壁组成及较多的逆境应答相关的生物过程响应渗透和盐胁迫;钙离子运输相关的过程对渗透胁迫更敏感，叶绿素合成对盐胁迫更敏感，而糖酵解、磷酸戊糖途径和三羧酸循环对低温胁迫更敏感。KEGG代谢通路分析表明，三种胁迫均影响光合作用、翻译、碳代谢、氨基酸代谢、氮代谢以及苯丙烷类合成。生物节律在低温胁迫下的特异性富集，暗示其在低温响应中可能起重要作用。 3.蒺藜苜蓿响应三种胁迫的分子机制:首先三种胁迫均影响光合作用、代谢、运输和翻译过程;其次信号转导包括Ca2+、激素、ROS和蛋白激酶/磷酸酶信号途径及转录调控均参与了三种胁迫的响应，Ca2+和蛋白激酶/瞵酸酶信号途径在渗透胁迫下有更多响应，ROS生成和清除相关基因在渗透和盐胁迫下比低温胁迫响应更强烈;渗透和盐胁迫下参与响应的激素主要为脱落酸(ABA)，其次为乙烯(ETH)、茉莉酸(JA)，三者相关基因主要为上调表达，而生长素(IAA)、赤霉素(GA)和细胞分裂素(CK)相关基因则主要为下调表达;低温胁迫下参与响应的激素主要为ETH，其他激素响应均比渗透和盐胁迫下要小，而且除IAA外，多表现出与渗透和盐胁迫相反的变化趋势。参与胁迫响应的转录因子主要来自AP2/ERF、MYB、bZIP、NAC、WRKY、Zinc Finger和bHLH家族，低温胁迫显著诱导AP2/ERFs及多个生物节律相关转录因子（包括MYB中的LHY及DBB和CO-like家族）的表达，同时HD-ZIP、GRAS、MADS、NF-Y和LBD家族的转录因子也参与了三种胁迫的响应。运输过程(包括离子运输和脂质运输等）、渗透调节物质累积、逆境相关蛋白质合成、氨基酸代谢和细胞壁重构对渗透和盐胁迫响应比低温胁迫更强烈，而低温胁迫显著诱导糖酵解、乙醇发酵、磷酸戊糖途径及三羧酸循环等代谢过程;三种胁迫均能诱导苯丙烷类合成途径，渗透和盐胁迫下更多用于木质素合成，低温胁迫下更多用于类黄酮合成，且类黄酮的合成存在组织特异性和胁迫特异性。 4.MtHB2属于HD-Zip家族第Ⅱ亚类。转录组数据和qRT-PCR结果表明，渗透、盐和低温胁迫均能诱导MtHB2表达。启动子序列分析发现MtHB2启动子区存在多个激素和逆境响应相关的顺式作用元件。为了进一步探讨MtHB2的功能，构建了MtHB2超表达载体，对拟南芥进行遗传转化。前期的研究发现MtHB2负调控植物对逆境的响应。另外发现MtHB2转基因拟南芥的根形态有显著的改变，表现为主根伸长减慢，侧根发育受抑制。MtHB2基因的表达受生长素快速诱导。MtHB2转基因拟南芥对IAA，NAA和2，4-D三种生长素类似物的敏感性与野生型不同。相比野生型，IAA，NAA和2，4-D对转基因拟南芥主根生长的抑制减弱，侧根数目增加的更多。同时，与野生型相比，MtHB2转基因拟南芥对生长素运输抑制剂NPA(Naphthylphthalamic Acid)敏感性降低，生长素输出载体蛋白(PIN-FORMED1(PIN1)∷PIN1-GFP、PIN3∷PIN3-GFP、PIN7∷PIN7-GFP)及DR5∷GFP的表达降低，表明MtHB2负调控转基因植株根中生长素的运输和积累。基因表达谱分析也表明:与野生型相比，转基因植株中许多生长素相关的应答基因被下调表达。此外，利用发根农杆菌转化蒺藜苜蓿得到的35S∶MtHB2嵌合体植株侧根发育也表现出明显受抑制的表型;MtHB2启动子接GUS在苜蓿根中中柱细胞的表达进一步证明了MtHB2在苜蓿根生长发育中的重要作用。综上所述，本论文的研究证明了MtHB2通过影响生长素调控苜蓿根生长发育。