干旱严重影响农业生产和粮食安全。DNA甲基化修饰在调控植物应答非生物胁迫方面具有重要作用。杂种优势是生物界中普遍存在的一种重要的遗传现象。红麻(Hibiscus cannabinus L.)具有十分明显的杂种优势,国内外有关红麻杂种间的抗旱优势在DNA甲基化和转录组学方面的研究尚未见报道。本研究选用强红麻抗旱杂种优势的组合进行甲基化敏感扩增多态性(methylation sensitive amplified polymorphism,MSAP)和转录组学分析,探索干旱胁迫对红麻F_1及其亲本所引起的基因差异表达和DNA甲基化变化规律,并对关键的甲基化差异基因进行抗旱功能的进一步研究。本研究结果如下:1.对包括10个亲本及其20个杂交组合在内的共计30个红麻材料在苗期进行干旱胁迫处理。相对于对照,处理组红麻幼苗的株高、茎粗、叶面积、全鲜重、生物量、根长、根表面积及根体积均受到不同程度的抑制。对形态指标进行统计分析得出,CP079×CP071组合的抗旱杂种优势最强。2.对CP079×CP071组合进行生理生化指标测定得出,相对于父母本,F_1叶片在干旱胁迫后,其水势、电导率、SPAD值的变化率较小,保持着更高的抗氧化酶活性;脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量的增幅较大,丙二醛含量增幅较小。这些结果表明,F_1在干旱胁迫下具有比其亲本更强的抗氧化酶系统和渗透调节力。3.利用MSAP分析DNA甲基化模式变化结果得出,亲本CP079、CP071和F_1的总甲基化率在对照组分别为40.73%、50.6%和56.05%;而在干旱胁迫下分别为52.82%、57.26%synbiotic supplement和49.8%,即F_1的总DNA甲基化水平下降11.2%,而亲本CP079和CP071的总甲基化水平分别上升29.7%和13.1%。进一步分析它们在对照和干旱胁迫下的甲基化变化模式得出,亲本CP079、CP071和F_1具有相同甲基化率分别为69.7%、75.6%和67.6%,发生次甲基化率分别为9.6%、8.1%和17.8%,发生超甲基化率分别为20.1%、16.9%和12.9%,发生DNA甲基化模式完全改变率分别为0.4%、0.4%和1.6%。这些结果表明,F_1强抗旱性杂种优势可能是通过降低DNA甲基化水平来实现的。4.对35个甲基化模式发生变化的DNA片段进行了分析,发现HcDnaJ、HcERF5、HcZIP2和HcPATL3基因的胞嘧啶甲基化状态的改变可能影响其转录水平的表达变化。截断实验表明,HcDnaJ启动子的核心区域为CpG岛,且在干旱胁迫下,CpG岛中的CCGG位点会发生DNA去甲基化,对激活基因的表达起了关键作用。5.将CP079×CP071的组合在对照和干旱胁迫下的6个材料进行转录组测序,共组装得到75570个转录本和45638个基因。其中,CP079PEG vs CP079CK共有3103个差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEGs),CP071PEG vs CP071CK共有6202个DEGs,F_1PEG vs F_1CK共有1087个DEGs(|log_2Fold Change|≥1和Duncan’s multiple comparisons,p-value<0.05)。剔除1484个噪声基因后,共有792个与抗旱性杂种优势相关的DEGs(264个上调JNJ-42756493浓度,528个下调)。6.亚细胞定位分析表明,HcDnaJ和HcERF5基因均定位于细胞质和细胞核;采用酵母双杂方法分别筛选与甲基化修饰差异基因蛋白HcDnaJ和HcERF5的互作蛋白。共获得了3个与HcDnaJ互作蛋白HcARP、HcPHO1和HcPLK;共获得了29个与HcERF5互作蛋白HcPRK、HcRD22和HcCCo AOMT3等。这些互作蛋白参与了植物生长发育、信号传导和抗逆性等调控途径。7.对HcDnaJ和HcERF5基因功能的研究发现,相对于野生型拟南芥植株,在干旱胁迫下的过表达HcDnaJ和HcERF5株系的根长、存活率和叶绿素含量显著升高,此外SOD、POD和CAT活性也显著提高,而MDA、H_2O_2和O_2~-含量则显著降低。同时,在干旱胁迫下的HcDnaJ和HcERF5沉默植株的MDA、H_2O_2和O_2~-此网站含量显著高于对照。这些结果表明,HcDnaJ和HcERF5基因通过提高抗氧化酶活性来增强植株抗旱性。本研究从DNA甲基化修饰角度初步揭示了红麻抗旱性杂种优势的分子机制,为表观遗传调控作物杂种优势提供了新的见解,发掘的抗旱性杂种优势基因为通过遗传改良来提高红麻的抗旱性提供了重要的基因资源。研究结果具有重要的理论意义和实践价值。