林木油菜素类固醇激素(BRs)生物合成相关基因CPD功能的研究

BRs是一类新发现的植物内源激素，有关BRs生物合成的基因控制和细胞生理作用目前仍不完全清楚。本项目以我们从杂交杨和胡杨中克隆到的一个与BRs生物合成限速反应相关的基因CPD为基础，以不同派的杨树为对象，采用RT-PCR、GC-MS、生物质谱分析、细胞/亚细胞免疫化学定位、蛋白质双向电泳、转基因，RNAi干扰等技术，结合光照、BL/CS、BRs合成抑制剂、逆境胁迫等处理，从转录子、内源BL/CS和蛋白质水平，离体和原位地分析不同派杨树CPD基因表达的器官/组织/细胞/亚细胞和发育阶段的特异性、CPD基因表达的调节机制、CPD基因表达与BRs生物合成的关系、CPD基因表达产物的特征与定位以及CPD基因表达对杨树生长发育的影响。对于阐明林木中BRs合成的分子遗传与调节机制，以及BRs合成对林木生长发育的影响具有重要的学术意义。对于提高林木的生长速度或改良木材的物化性能的也潜在有重要的应用价值。

BRs是一类新的植物生长调节物质，由于其独特的结构，较高的生物活性和广谱的生理作用备受重视。关于BR的生理功能，生物合成及遗传控制是当今研究的热点，也已取得了诸多进展。但研究主要集中在像拟南芥、水稻等这些一年生草本植物，在多年生植物，尤其是林木中鲜有报道。CPD是BR生物合成的关键基因之一。为探讨木本植物中CPD基因的功能，本研究以极端耐旱和耐盐的胡杨(Populus euphratica)为对象，从中克隆出了与拟南芥CPD(AtCPD)同源的cDNA全序列（PeCPD, GeneBank No. GU326353)。在此基础上, 1)定量分析比较了在杨树不同派(种)、器官和组织中PeCPD的表达水平；2）构建了分别由CaM35S和AtCPD 启动子控制的PeCPD和PeCPD-GFP（绿色荧光蛋白）表达载体，以及PeCPD-RNAi干扰载体，并将这些载体分别导入拟南芥cpd突变体和野生型，获得了一系列cpd突变体-PeCPD(C-PeCPD)、野生型-PeCPD(W-PeCPD)及PeCPD-RNAi（PeCPD-R）转基因系；3)详细分析比较了这些转基因系、cpd突变体和野生型之间，在形态学、解剖学和生理学方面的差异；4）定量分析了在各转基因系内PeCPD的转录水平及其与各转基因系表型恢复或变化程度之间的关系；5)定量分析比较了拟南芥其他BR合成和代谢相关基因DWF4，BAS1、BR6OX2, SAU-AC1 和TH4 的表达水平与PeCPD表达水平的关系；6） 用 ELISA法定量分析了各转基因系内，内源总BR水平与PeCPD表达量和各转基因系表型恢复或改变的程度的关系；7)比较了一个C-PeCPD转基因系（CAPC3）与拟南芥cpd突变体之间蛋白质组学的差异；8）在烟草中通过瞬时基因表达，分析了PeCPD表达产物在细胞的定位； 9)用PeCPD转化马铃薯试管薯获得了PeCPD转基因苗和转基因薯，并对其表型、生理生化特性及光合作用强度进行了详细的研究。本项目研究结果表明，1)同AtCPD一样，PeCPD通过控制BRs合成，在调节下胚轴、根、茎细胞伸长及维管束分化方面发挥重要作用；2)在调节植物叶柄和花丝细胞伸长、光合作用和抗逆性方面，PeCPD也发挥重要的作用; 3）PeCPD基因在提高马铃薯和其他农作物产量、品质和抗逆性方面有潜在的应用价值。