绞股蓝(Gynostemmapentaphyllum(Thunb.)Makino)是葫芦科绞股蓝属的一种多年生草本植物,因能合成和累积人参皂苷类物质而具有重要的药用价值。绞股蓝一些地上茎的近顶端区域会在入冬前膨大,随后钻入土中发育成根状茎,用于来年产生新的植株,这是一种适应环境的繁殖战略。然而,目前对于这种地上茎转变为地下根状茎的分子机理是不清楚的。本研究选取地上茎向根状茎转变的3个代表性发育阶段,即未膨大的地上茎(第1阶段)、中等膨大的地上茎(第2阶段)和新形成的地下根状茎(第3阶段)进行了转录组分析,并结合形态细胞学观察探讨了绞股蓝根状茎形成和发育的分子机制。本研究主要结果如下:(1)在绞股蓝地上茎向根状茎转变过程中,组织结构未见明显变化,均由表皮、皮层、沿茎周环状排列的维管束和髓组成,但细胞体积明显增大;相比于第1阶段和第2阶段,第3阶段的组织细胞中淀粉粒明显增多,体积也显著变大,主要分布于皮层的淀粉鞘和髓。(2)通过对绞股蓝地上茎向根状茎转变的3个发育阶段的9个样品进行转录组测序,总共获得了 207,635个转录本和100,119个基因。将组装得到的基因与NR、GO、KEGG、KOG、COG、Pfam、Swiss-Prot 和 EggNOG 数据库进行序列比较,最终获得55,333个有注释信息的基因。(3)基于FDR<0.01和log2 fold change ≥1或≤-1的筛选标准,对地上茎向根状茎发育转变的3个阶段的基因进行两两比较,总共鉴定到5,428个差异表达的基因。KEGG分析显示这些差异基因显著富集在植物激素信号转导途径、苯丙烷生物合成、光合作用、以及淀粉和蔗糖代谢的通路上。(4)在这5,428个被鉴定到的差异基因中,与向地性相关的基因协调控制了绞股蓝地上茎向根状茎发育转变的重力响应,使地上茎获得类似于根的正向地性从而向地生长。同时发现,与苯丙烷生物合成、光周期、植物激素信号转导、碳水化合物代谢和其它一些与根状茎发育相关的差异基因也参与调控了地上茎向根状茎的转变。本研究从形态细胞学观察到差异表达基因的挖掘较为全面的探讨了绞股蓝地上茎向根状茎转变的分子调控网络及机制,拓宽了我们对植物发育阶段转变机制的认知。