MAPK级联在香石竹切花乙烯合成和信号转导中的功能分析

乙烯是许多重要切花的致衰因子。近年来研究发现MAPK级联可调节植物乙烯反应，但其作用位置还未确定。我们推测MAPK级联可调控切花衰老。香石竹是研究乙烯致衰机理的模式切花植物。本项目拟分离香石竹中与乙烯相关的MAPKK和MAPK基因，分析其在切花乙烯反应中的作用机制：1.测自然瓶插和乙烯处理后切花MAPKK和MAPK转录量，明确其在切花中的时空转录差异及对乙烯的应答；2.转化正义和RNAi- MAPKK和MAPK基因获转基因植株，测转基因切花MAPKK和MAPK等基因表达量、乙烯合成量及瓶插寿命，明确MAPK级联对切花衰老的影响及其是否参与乙烯合成；3.乙烯抑制剂AVG处理转基因切花，测MAPKK、MAPK、EILs等基因转录量，分析MAPK级联是否参与乙烯信号转导；酵母双杂交技术分析MAPK能否与ACS和EILs互作。该结果对切花衰老调控及对MAPK级联在乙烯反应中的作用机制具重要意义。

促分裂原活化蛋白质激酶(mitogen-ac-tivated protein kinase, MAPK)是丝氨酸/苏氨酸蛋白质激酶的一个大家族。前人研究表明，植物MAPK级联途径与植物衰老以及乙烯反应关系密切。乙烯是许多重要切花的致衰因子。但MAPK级联调节乙烯反应的作用位置还未确定。香石竹和矮牵牛均为研究乙烯反应的花衰老的良好材料。本项目分离到香石竹DcMAPK1，DcMAPK2和DcMAPKK1 cDNA的完整全长，对其氨基酸序列进行了聚类分析。对这些基因的时空表达分析表明其与衰老关系密切，并且其表达受乙烯调节。构建了DcMAPKK1，DcMAPK1，DcMAPK2的反义、RNAi以及超表达载体。瞬时侵染和稳定遗传转化结果表明DcMAPK1和DcMAPKK1沉默后，瓶插寿命延长5天左右，而DcMAPK2沉默对瓶插寿命无显著影响。转基因T146株系（RNAi-DcMAPK1）与T137株系（RNAi-DcMAPKK1）切花衰老过程中乙烯释放量比未转化对照降低90%以上。外源乙烯处理对转基因植株花朵瓶插寿命有一定的影响，但小于对对照花朵的影响。酵母双杂交等实验表明DcMAPK1可以与DcMAPKK1、DcACS和DcEIL1均可以互作。本项目还利用矮牵牛为材料对MAPK级联的相关基因进行了分离以及功能鉴定，得到类似的结果。这些结果表明MAPK级联参与了香石竹和矮牵牛花衰老调节，人们可以通过对该级联相关成员的表达来调节花衰老。为观赏植物花衰老调节提供了更多的有效路径。MAPK级联在花衰老过程中同时参与了乙烯生物合成与乙烯信号转导，反映了植物对乙烯反应调节的复杂性，在理论上对乙烯合成与信号转导机制进行了丰富和发展，同时也反映了乙烯信号转导与生物合成之间存在交叉对话。另外，本项目还鉴定了矮牵牛GR家族3个成员PhGR、PhGRL1和PhGRL2基因的功能以及鉴定了PhEOL家族成员PhEOL1和PhEOL2 的功能。