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红花又名草红花，属菊科双子叶植物，是广泛栽培的一类油料作物。我国红花种植主要分布于新疆、陕西等地。红花抗旱性强，用途广泛。籽粒中亚麻酸、亚油酸等不饱和脂肪酸含量极高，是天然的油料作物。另外，红花花瓣蕴含丰富的色素，可作为天然色素原料，广泛用于染料等行业。但最为重要的是，红花黄色素具有抑制血栓形成、扩张血管、抗氧化等药物作用。红花市场需求量大，供应紧张，尽管种植面积日益扩大，但依旧不能满足市场需求，主要原因除产量有限外，红花复杂的分子遗传背景，薄弱的基因遗传信息严重制约了红花新品系的培育及分子育种工作。 随着高通量测序技术在动植物分子遗传研究中的广泛开展，目前已经成功应用到新基因发现、可变剪切鉴定、基因多态性分型、基因表达水平研究等领域。尤其microRNA鉴定及基因表达差异分析是目前分子生物学领域研究的两个热点。本研究为获得红花基因遗传信息，深入探讨红花分子遗传水平的调控机制，对红花籽粒、叶片、花瓣三组织分别构建small RNA文库及转录组文库，通过Illumina GAIIx平台进行Solexa高通量测序。 在红花small RNA文库中，共获得24，407，524条原始小RNA序列，经去噪、除杂等分析，获得长度范围在15 nt-25 nt之间的高质量序列22，241，560条。三个文库中24 nt长度序列占small RNA总数的31％以上，表明红花small RNA长度以24 nt为主要类型。BLAST等软件比对后获得97个家族共123个保守红花microRNA基因，22个红花新microRNA基因，其中籽粒特异表达microRNA8个，叶片中特异表达microRNA7个，花瓣中特异表达microRNA3个。组织间差异表达基因比较发现，籽粒与叶片组织间差异表达基因58个;籽粒与花瓣组织间差异表达基因54个;叶片与花瓣间差异表达基因59个。通过文库构建及深度测序成功获得大量红花microRNA信息，为分析红花microRNA基因及在组织中的功能研究奠定了基础。 为了进一步获得红花物种中丰富的基因资源，本研究分析了红花不同组织的转录组信息，通过测序数据产量统、基因组装、基因注释、功能分析、代谢通路注释、差异基因表达分析等研究，结果共获得了153，469条红花unigene序列，其中通过基因功能注释比对得油体蛋白候选基因12个，黄色素合成相关的关键酶基因156个。通过基因功能注释共富集到219个生物学代谢通路。在获得红花转录组信息的基础上，丰富了红花遗传信息。 在基因表达差异分析的验证实验中，随机选取的4个红花microRNA及12个红花unigene序列，发现通过测序获得的基因表达差异结果与qRT-PCR分析获得的结果，整体表达差异趋势基本一致，说明了测序表达分析结果的准确性。 为进一步研究红花microRNA基因功能，通过生物信息学软件psRNATarget预测并分析123个红花microRNA的调控靶基因。在拟南芥EST数据库中预测得到677个候选靶基因，在红花转录组文库中预测得到385个靶基因。而以上预测到的红花靶基因主要参与转录调控、生长发育、蛋白转运、胁迫响应、激素信号传导及电子传递等重要生物学过程。 选取叶片中高水平表达的红花miR397a做进一步基因功能研究，预测红花miR397a所调控的7个靶基因中，unigene86225注释为铁离子膜转运蛋白，unigene392注释为CKB3，unigene88135注释为漆酶LAC2。通过预测发现红花miR397a在拟南芥及红花中的靶基因均为漆酶，推断miR397a可能与植物的氧化还原反应有关，参与植物的耐盐胁迫及植物细胞壁的合成过程。利用红花原生质体表达系统，证实了红花miR397a参与LAC2酶基因的转录后调控过程，miR397a介导LAC2基因表达水平降低。通过设计并构建红花miR397a过表达载体，利用拟南芥转化，探讨红花miR397a基因功能。通过转miR397a拟南芥株系的基因表达水平及表型分析实验，推测miR397a可能是通过抑制LAC2基因表达，从而参与拟南芥的盐胁迫反应。综上，推断红花miR397a可能是参与植物逆境响应的调控因子。 本研究通过高通量测序方法深入剖析了红花microRNA及转录组的基因表达模式，并进行功能基因注释与分析。利用生物信息学方法在红花microRNA基因鉴定、新转录本注释、基因产物、基因功能、表达调控等方面进行分析研究，研究结果一方面丰富了红花的分子遗传信息，另一方面为红花的基础生物学、代谢工程、基因工程及分子遗传育种等研究提供了参考依据。