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。