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油菜素甾醇（Brassionsteroids,BRs）是一种多羟基化的类固醇激素,广泛存在于植物体内。在被子植物中,CYP85A2和CYP85A/A1分别合成了最具活性的油菜素内酯BL（brassinolide）和活性次之的油菜素甾酮CS（castasterone）。BR必须结合其受体才能起作用。被子植物拟南芥（Arabdopsis thaliana）拥有必需的BR受体BRI1（Brassinosteroid Insensitive 1）,非必需但可结合BR的类受体（BRI1-likes）BRL1和BRL3（BRL1/3）以及非必需且不能结合BR的类受体BRL2。序列搜索发现,CYP85A和BRL1/3同时首次在裸子植物中出现。然而裸子植物中能否合成有活性的BR,裸子植物中BR受体有无功能都未可知。本研究以众多现存植物的BR信号成分为线索,通过系统进化分析及相关基因功能鉴定,探讨裸子植物中BR及其受体的功能,为进一步揭示陆生植物适应性功能演化的分子机理提供依据。为此,选取模式植物拟南芥及裸子植物中已经测序的欧洲云杉（Picea abies）作为实验材料,探究欧洲云杉中BR合成及受体功能。由于目前在欧洲云杉中进行遗传互补研究非常困难,所以本研究通过异源表达的遗传互补方法在模式植物拟南芥突变体上进行研究,以探究裸子植物中BR合成及受体基因的生物学功能。主要研究结果如下:1.系统发育分析表明云杉中的PaCYP85A与水稻中的0sCYP85A有共同祖先,而0sCYP85A与AtCYP85A1和AtCYP85A2有共同祖先。欧洲云杉PaCYP85A异源表达恢复拟南芥BR合成突变体AtCyp85a2只高于拟南芥BR合成基因AtCYP85A1表达恢复的程度。但其恢复程度仍然低于水稻中合成基因0sCYP85A和拟南芥中合成基因AtCYP85A2表达恢复的程度。由于AtCYP85A1和0sCYP85A都只能合成CS,这些结果表明裸子植物中BR合成基因PaCYP85A可能只合成了 CS,而不是最具活性的BL。2.本研究利用培养皿滤纸法探究油菜素内酯激素在正常及干旱胁迫下对欧洲云杉种子萌发的影响。实验结果显示,在7天,14天及21天中,无论在正常情况还是干旱胁迫下,表油菜素内酯（eBL）能够促进欧洲云杉种子的萌发,且这种影响具有浓度依赖性:在eBL浓度为500nmol时效果最佳,同时经过eBL处理的种子降低了干旱胁迫对其萌发的影响。3.同源检索分析结果显示BRI1属被子植物特有,BRL1属种子植物特有。欧洲云杉中受体BRL1有两个拷贝,PaBRL1-1和PaBRL1-2。进一步的序列相似性分析表明,欧洲云杉中受体PaBRL1-1和PaBRL1-2与BRL1直系同源而与BRI1旁系同源。4.欧洲云杉受体PaBRL1-1和PaBRL1-2在本体中不同组织部位（根、茎、叶）均表达广泛,且PaBRL1-1的表达量高于PaBRL1-2。在拟南芥中表达欧洲云杉受体启动子得到相似的结果。激素处理欧洲云杉幼苗,幼苗植株高度无明显差异,同时AtBRI1启动子驱动表达的受体PaBRL1-1和PaBRL1-2不能互补拟南芥突变体bri1-301的表型。但是,用外源BR激素处理欧洲云杉幼苗及具有受体PaBRL1-1和PaBRL1-2的拟南芥缺失BR受体突变体的转基因植株时均产生明显的BR分子调控效应,同时在转基因植株中BES1可响应BR而发生去磷酸化反应。这说明PaBRL1-1和PaBRL1-2在拟南芥中行使类似于云杉中的BR受体功能。5.在AtBRI1启动子下表达嵌合体AtBRI1:PaBRL1-1和PaBRL1-1:AtBRI1可以完全恢复突变体bri1-301的表型。不过,表达AtBRI1:PaBRL1-2只能部分恢复Atbri1突变体的表型,而表达PaBRL1-2:AtBRI1则不能恢复其表型。但是,这些嵌合体的转基因植株均有BR生理和/或分子反应,表明功能性嵌合受体在转基因植株均能行使正常BR受体功能。同时揭示,欧洲云杉中的PaBRL1可能是一类弱BR受体。此外,PaBRL1-1 比PaBRL1-2具有更强的受体功能。6.进一步用PaBRL1不同结合区（BD1-3）和AtBRI1构建嵌合受体,发现PaBRL1-1或PaBRL1-2的BD3与AtBRI1的嵌合受体能完全恢复突变体bri1-301的表型,且PaBRL1-1的BD3的作用强于PaBRL1-2。为了确定PaBRL1的特异BR受体功能,本研究突变了一些结合区域的保守碱基位点以减弱BR结合。其中PaBRL1-1Y627A和AtBRL1Y699A的表达并不能恢复突变体bri1-301的表型,同时也不具有BR信号分子响应。AtBRL1F584L和PaBRL1-1:AtBRI1F656L不能恢复突变体bri1-301的植株表型,但其BR分子信号仍大部分保留。体外检测欧洲云杉受体PaBRL1的激酶活性发现其低于拟南芥受体AtBRI1的激酶活性,结果显示,PaBRL1-1是欧洲云杉中真正的BR受体,但其受体功能弱于AtBRI1和AtBRL1受体。综合以上BR合成和受体功能两方面的研究结果,本研究首次发现裸子植物中具有活性较弱的BR信号,暗示BR受体和配体在植物进化过程中可能是逐步协同进化。BRL1是裸子植物中BR的主要受体,非种子植物中没有BRL1,揭示了 BR受体在种子植物中出现功能,建立并增强了被子植物BR受体BRI1的起源及其拥有共同祖先的非BR受体EMS1和BRL2之间的纽带,暗示BRL1可能是BRI1进化过程中留下中间受体,可为进一步研究BRI1/EMS1信号途径的功能分化提供依据。