水母雪莲表皮毛发育相关基因的克隆及功能研究

Saussurea medusa Maxim is an endangered medicinal plant in the Qinghai-Tibet Plateau. It is also a typical alpine snowline plant. Thick covering of trichomes is its mainly morphological characteristics, which is a adaptive structure of S. medusa to the extreme environments. It has important theoretical significance for investigating the adaptive mechanisms of alpine plants to the environments through studying the formation and development of trichomes in S. medusa. In this study, the trichome of S. medusa will be chosen as experimental material. Based on the study of morphological development of trichomes, the genes associated with trichome development are cloned from S. medusa by RT-PCR with RACE technology, and their functions as well as the relation between gene expression and environmental stresses are studied. These would provide scientific references for the further researches on the adaptive mechanisms of molecular and functional ecology in alpine plants.

水母雪莲是一种生长于青藏高原地区的珍稀、濒危药用植物。同时，它又是一种典型的高山植物。植株密被表皮毛是水母雪莲最具有代表性的形态特征，它是水母雪莲对极端环境的一种适应结构。研究水母雪莲表皮毛的形成和发育过程，对揭示高山植物适应环境的特殊机制将具有重要的理论意义。本课题拟以水母雪莲表皮毛为研究对象，在对其形态发育研究的基础上，通过RT-PCR，结合RACE技术克隆与表皮毛发育相关的基因，并研究基因的功能以及它们与环境的关系，为高山植物的分子适应机制和我国高山植物功能生态学研究提供科学依据。

植株密被表皮毛是菊科（Compositae）风毛菊属（Saussurea）植物最具有代表性的形态特征，它是这类植物对极端环境的一种适应结构。研究风毛菊属植物表皮毛的形成和发育过程，对揭示高山植物适应环境的特殊机制将具有重要的理论意义。本课题以自然生长于青藏高原地区的风毛菊属植物水母雪莲（Saussurea medusa）、黑毛雪兔子（Saussurea hypsipeta）和苞叶雪莲（Saussurea obvallata）为实验材料，建立了水母雪莲和黑毛雪兔子的离体再生实验体系；研究了水母雪莲表皮毛的形态发生过程；筛选了适于水母雪莲和黑毛雪兔子基因表达研究的内参基因；克隆了表皮毛发育相关基因SmTTG1（KX447632）、 ShTTG1（MF805763）、SoTTG1（MG564779）、ShTTG1a（MG564780）和ShTTG1b（MG564781）的cDNAs序列；TTG1基因在水母雪莲和黑毛雪兔子的根、茎、叶和花中均有表达，在叶和花中的表达量最高；亚细胞定位显示TTG1定位在细胞核中；基于CRISPR-Cas9基因组编辑技术，构建了敲除拟南芥AtTTG1基因和黑毛雪兔子ShTTG1基因的表达载体，并进行了转化；表皮毛定位和基因超表达研究证实了TTG1基因与表皮毛的形成有关；低温和紫外胁迫表明，TTG1基因的表达与紫外胁迫有关，推测水母雪莲和黑毛雪兔子的表皮毛可能是针对紫外辐射的一种适应结构。该研究为从分子水平揭示高山植物适应环境的机制奠定了基础。