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植物表皮毛是从表皮细胞发育而来,是研究细胞分化调控的一个模式系统,按形态结构分为单细胞和多细胞两种类型。目前,拟南芥等单细胞表皮毛调控网络已经研究的较为清楚,由MYB/bHLH/WD复合体调控促进下游基因的表达,从而诱导表皮毛的形成。而番茄、烟草等多细胞表皮毛的研究较少,其起始、调节机制未知。之前本实验室对多细胞表皮毛控制基因Wo进行了定位克隆和功能研究,揭示了Wo调控番茄Ⅰ型表皮毛的形成,并有胚胎致死效应。Wo是HD-Zip Ⅳ转录因子。HD-ZipⅣ基因主要参与植物表皮毛的形成、花青素的积累、气孔的发育等生物过程。番茄中已经有两个HD-Zip Ⅳ基因(Wo和CD2)被报道,HD-Zip Ⅳ基因家族的其他成员的功能还有待揭示。本文主要对番茄HD-Zip Ⅳ家族成员进行了鉴定和研究,研究结果如下:1.利用Wo基因的保守域序列在SGN数据库中比对,共找到15个番茄HD-Zip Ⅳ家族成员。番茄HD-Zip Ⅳ家族成员不对称的分布在除第4、5条染色体外的其他染色体上。通过基因结构分析,番茄HD-Zip Ⅳ基因存在11个外显子和10个内含子的模式。2.番茄HD-Zip Ⅳ家族基因在根、茎、叶、花、果等各个组织中的RT-PCR分析显示,该家族基因的表达部位较广,且主要在幼叶和花中高表达。通过激素和逆境诱导表达谱分析,表明每个HD-Zip Ⅳ基因至少响应一种激素或逆境胁迫。3.在PMV2(由pHellsgate8改造而来)载体和pHellsgate2载体基础上分别构建了13个HD-Zip Ⅳ基因的超量表达载体和RNA干扰抑制表达载体。遗传转化栽培番茄Alisa Craig,获得转基因植株。4.通过转基因植株表型鉴定,发现家族成员8(SlHDZIV8)与非转基因番茄相比,其干涉植株整个地上部分的表皮毛密度减少;但超量植株与非转基因植株相比,无明显表型差异。通过扫描电镜观察,发现SlHDZIV8干涉植株表皮与表皮毛细胞形态发生显著改变,表皮细胞增大且表皮毛呈现畸形的“葫芦”状。5.利用原生质体亚细胞定位,结果显示SlHDZIV8所编码的蛋白定位于细胞核中。SlHDZIV8启动子驱动GUS表达,发现在茎尖、叶腋、叶表皮、下胚轴和根部位中都有表达。6.利用酵母双杂交系统筛选与SlHDZIV8可能互作的蛋白。筛选出一个表皮毛调控基因Hl/SRA1,hl突变体与SlHDZIV8干涉植株有相似的表型:植株地上部分的表皮毛密度减少且呈畸形。通过酵母点对点实验验证了 SlHDZIV8与H1直接互作。我们推测可能SlHDZIV8通过与H1互作影响了表皮及表皮毛细胞的形态建成。7.利用woolly突变体LA3560鉴定了Wo等位基因的2个新的突变位点(Wov)。与wo序列相比,两个核苷酸碱基的变化(T2075→G和G2083→T)分别导致了两个氨基酸的变化(Ile692→Arg和Asp695→Tyr)。功能互补验证实验表明Wov使番茄表皮毛增多。8.在烟草和马铃薯中异位表达Wov,也验证了其表皮毛调控功能,我们推测可能茄科物种有相同的表皮毛调控网络。9.与非转基因烟草植株相比,Wov转基因植株的表皮毛增多,且抗虫性提高。通过RNA-Seq分析了Wov转基因与非转基因烟草的基因表达谱,共鉴定544个差异共表达基因(DEGs)。对DEGs进行功能聚类分析,共涉及到33个功能通路,其中最明显的有脂肪酸代谢、氨基酸合成与代谢、植物激素信号转导等途径。暗示了这些途径的基因在多细胞表皮毛形成过程中起关键作用。10.在Wov转基因烟草植株中,多细胞表皮毛相关基因(Wo和SlCycB2)的同源基因转录水平明显升高。而单细胞表皮毛相关的同源基因转录水平没有明显变化。推测多细胞表皮毛与单细胞表皮毛可能具有不同的调控网络。