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大气二氧化碳浓度上升导致了一系列生物学和生态学问题,如对植物发育的影响以及温室效应导致的全球温度升高等。覆盖在陆生植物各组织和器官表面的蜡质层是植物响应外界环境变化的第一道屏障。植物表皮蜡质主要由超长链脂肪酸(VLCFAs)及其衍生物组成,主要包括醛类,烷烃,初级醇,次级醇、酮和蜡脂等。由于其疏水特性,表皮蜡质拥有控制非气孔失水与气体交换、抵抗紫外辐射伤害以及抵御病虫害等重要生物学功能。以模式植物拟南芥为研究对象,人们对植物表皮蜡质合成转运及调控通路和机制已经有了比较清楚的了解,但是对于植物表皮蜡质合成变化对二氧化碳浓度变化响应的研究以及叶片表皮特异表达的蜡质合成调控基因少有报道。本课题针对这两个问题分别进行了研究。1)针对表皮蜡质合成变化对二氧化碳浓度的响应的研究发现,用高浓度二氧化碳处理拟南芥,其叶片表皮蜡质含量明显降低,蜡质的主要成分烷烃的含量降低了54.7%;荧光定量PCR验证了这一结果,烷烃合成关键酶基因CER1的表达量在高二氧化碳浓度下下调了3.5倍;通过转录组数据分析发现,蜡质合成通路中关键基因CER1、CER3和KCS1都有不同程度的下调,正调控因子MYYB96和MYB94的表达量也出现下降,而且负调控因子HDG1的表达显著上调。以上结果说明,高浓度二氧化碳可能主要通过抑制烷烃的合成降低表皮蜡质的含量。2)通过比较叶片下表皮与叶片的转录组数据,发现所有蜡质合成基因并不像预期的那样在表皮细胞中上调表达。其中碳链延伸的关键基因LACS1、CER6和CER2都有明显上调,但烷烃以及初级醇的合成酶基因CER1和CER4的表达量分别下降了 87%和95%;ABC转运蛋白ABCG11、糖基磷脂酰肌醇锚定脂质转移蛋白LTPG和LTPG2以及负调控转录因子HDG1都表现出明显的表达差异。这些基因在表皮与叶片之间的表达差异值得进一步探讨。3)通过数据分析筛选到的基因SPL13,其过量表达株系表现出明显的蜡质增多表型。其叶片蜡质成分中初级醇和烷烃类物质的增多尤为明显,说明SPL13可能同时调控这两种蜡质合成通路;SPL13在调控表皮蜡质合成中的功能及其具体的作用方式需要进一步实验验证。