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ATP/ADP异戊烯基转移酶(ATP/ADP IPT)是植物细胞分裂素从头合成的关键酶。本试验以桃(Prunus persica)为试材,利用已经公布的桃全基因组数据,鉴定了桃树ATP/ADP PpIPT基因家族的4个成员。通过转基因技术,验证了各ATP/ADP PpIPTs基因在细胞分裂素合成及调控植物生长发育中的功能。利用荧光定量技术,全面分析了桃树根、叶及果实中ATP/ADP PpIPTs基因对外源不同氮信号和激素信号的响应特性。分析了桃树枝条顶端优势过程中,ATP/ADP PpIPTs基因的表达特性以及生长素、细胞分裂素和独脚金内酯间的相互作用。检测了鲁星油桃果实生长发育全过程中,果实果肉和种子内源细胞分裂素含量及ATP/ADP PpIPTs基因表达量的动态变化。主要研究结果如下:1.桃ATP/ADP PpIPTs基因家族成员鉴定及其功能验证GDR预测的桃ATP/ADP PpIPT基因家族共有5个成员,通过验证,在桃树中实际表达的是4个基因,分别命名为PpIPT1、PpIPT3、PpIPT5a和PpIPT5b,各成员均无内含子,N端均具有保守结构域序列。生物信息学分析软件分析结果显示:各成员启动子区域都含有大量的顺式作用元件,反映其表达可能响应植物体内外的多种信号,调控细胞分裂素合成。各成员的亚细胞定位和组织表达特性呈现明显的多样性,说明它们分别参与了不同的生长发育调控过程。过量表达ATP/ADP PpIPTs的转基因拟南芥的细胞分裂素含量明显高于野生型,其生长发育和抗盐能力也明显与野生型不同;各成员过量表达后,转基因拟南芥呈现相似的表型。以过量表达PpIPT5a的拟南芥为例,与野生型拟南芥相比,其叶片数量和叶绿素含量显著高于野生型,主根发育明显强于野生型;高盐胁迫下,过量表达PpIPT5a的拟南芥的生长明显比野生型好,显著提高了其抗盐能力。2.桃果实生长发育过程中果肉和种子细胞分裂素和ATP/ADP PpIPTs基因表达的动态变化果肉中ATP/ADP PpIPTs基因的表达量在花后两周内迅速下降,之后一直维持在很低的水平,而此时果肉中细胞分裂素含量很高,说明果实发育前期果肉细胞分裂所需要的细胞分裂素可能并不完全来源于自身合成。种子中PpIPT1、3、5b的表达水平在花后也很低,而PpIPT5a的表达量在花后两周迅速升高,这与细胞分裂素含量在幼果期迅速升高的趋势相一致,同时PpIPT5a在种子中的表达量明显高于其他部位,因此PpIPT5a是果实前期自身合成细胞分裂素的关键基因。外源细胞分裂素处理后,细胞分裂素的三个受体中PpHK3和PpHK4的表达量明显升高,是果实细胞分裂素信号传递的关键受体。桃果实生长发育过程中,果肉和种子中细胞分裂素含量的变化规律显示:tz和ip型细胞分裂素含量在第一次快速生长期出现最大高峰,而在第二次快速生长期一直保持较低水平,说明细胞分裂素主要在果实的第一次快速生长期促进细胞分裂。我们还发现在硬核期果肉中tz出现了第二个高峰,同时硬核前期外源tz处理能够显著提高内果皮pod酶的活性,有利于木质素单体聚合形成木质素。3.桃树氮代谢与细胞分裂素的互作外源供应无机氮,桃树能够快速响应硝酸盐信号,atp/adpppipts基因表达上调,细胞分裂素合成增加。其中ppipt3基因是桃树中快速响应硝酸盐信号的关键基因,能够在外源硝酸盐处理后2小时内表达量迅速上升。不同的氮代谢抑制剂预处理并不能够抑制ppipt3基因对外源硝酸盐处理的响应,说明进入细胞的硝酸根离子是诱导ppipt3基因表达迅速上升的直接信号分子。外源细胞分裂素处理对根和枝条内氮代谢有重要影响,在根中,外源细胞分裂素处理能够抑制根系吸收硝酸根离子,促进根内硝酸根离子的同化和外运。外源细胞分裂素处理能够影响叶片中氮代谢相关基因的表达,不同部位不同叶龄叶片内氮代谢相关基因表达的受调控情况不同。n同位素标记显示,外源细胞分裂素处理能够促进叶片吸收叶施氮素,并促进n素向枝条的生物学下端分配。4.桃树不同部位atp/adpppipts基因对外源不同激素处理的响应特性atp/adpppipts基因对激素处理响应呈现显著器官差异。外源细胞分裂素处理能够显著抑制根和叶片中atp/adpppipts基因的表达,各成员在根和叶片中对外源细胞分裂素处理响应敏感程度不同。与根和叶片中不同,外源细胞分裂素处理并不能够抑制果实中atp/adpppipts基因的表达,相反,外源细胞分裂素处理还能够不同程度的诱导果肉和种子中atp/adpppipts基因的表达。说明在桃树根和叶片中存在atp/adpppipts基因介导的细胞分裂素合成的自身反馈抑制调节,而桃果实中没有。桃树中atp/adpppipts基因对于外源其他植物激素处理也呈现出显著地器官差异。5.桃树枝条顶端优势中atp/adpppipts基因的表达特性及激素调控新梢摘心后,枝条侧芽部位节内atp/adpppipts基因(ppipt1、ppipt3和ppipt5a)的表达量迅速上升,与摘心后侧芽部位节和侧芽内细胞分裂素含量的上升相一致。摘心后侧芽部位节内atp/adpppipts基因表达上升引起侧芽部位细胞分裂素含量的升高对于促进侧芽生长是必须的。生长素能够直接抑制侧芽部位节内atp/adpppipts基因的表达,抑制侧芽的生长。与生长素不同,摘心后独脚金内酯处理没有抑制侧芽部位节内atp/adpppipts基因表达的上升,但是会降低其上升速度。进一步研究发现独脚金内酯不能够单独抑制侧芽的生长,其发挥作用依赖于生长素的存在。独脚金内酯能够通过控制侧芽部位节内PpPIN1基因的表达,控制桃树枝条内生长素的极性运输,从而间接调控ATP/ADP PpIPTs基因的表达,调控侧芽生长。