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丹参是我国传统大宗药材,用于多种心脑血管疾病的治疗。丹参有效成分生源合成的调控研究已取得许多突破性的进展,但有关光对丹参次生代谢的影响及其作用机制,目前知之甚少。另外,作为以根茎入药的中药材,丹参根系形态和发育状况对丹参药材品质起着决定性的作用,目前鲜有与丹参根系发育相关的研究报道。本研究从丹参中克隆得到了光信号转导途径中的“核心调控因子”SmHY5,较为系统地研究了其在丹参根系发育、酚酸类成分及丹参酮类成分合成中的调控作用。初步得到以下结果:1.SmHY5含有1个474 bp的开放阅读框(ORF),编码158个氨基酸。氨基酸序列包含1个bZIP结构域,蛋白质定位于细胞核,是典型的bZIP类转录因子。组织特异性表达分析表明,SmHY5在根、茎、叶和花中均有表达,其中在叶中表达量最高,根中表达量最低,叶中表达量为根中的26.74倍,这可能与该基因在光诱导下发挥功能有关。2.构建了SmHY5的RNAi和过表达载体,利用GV3101介导的叶盘转化法获得基因转化丹参植株,分析基因转化株系中侧根形态指标。结果表明SmHY5过表达株系中一级侧根数、二级侧根数和鲜重显著降低,一级侧根直径和根长则显著提高,如OE-84中一级侧根数、二级侧根数和根鲜重分别是WT中的55.56%、39.47%和72.50%,一级侧根直径和根长则分别是WT中的1.65倍和1.57倍。SmHY5 RNAi株系中一级侧根数、二级侧根数和根鲜重显著增加,一级侧根直径和根长则显著降低,如RNAi-80中一级侧根数、二级侧根数和根鲜重分别是WT中的1.31倍、1.89倍和1.26倍,一级侧根直径和根长分别是WT中的65.79%和81.71%。3.分析了基因转化丹参株系中酚酸类成分的积累情况。SmHY5过表达显著提高了丹参根中酚酸类成分的含量,如对香豆酸(OE-84)、迷迭香酸(OE-23)和丹酚酸B(OE-23)的含量最高分别达到了野生型对照的2.43倍、1.81倍和1.39倍。SmHY5 RNAi株系中迷迭香酸和丹酚酸B的含量显著降低,对香豆酸的含量则无明显变化。值得注意的是,SmHY5过表达株系中丹酚酸A的含量无明显变化,SmHY5 RNAi株系中该成分的含量则显著提高,如RNAi-18中丹酚酸A的含量是野生型株系中的2.67倍。4.与酚酸类成分的积累情况相似,SmHY5过表达株系中丹参酮的含量明显提高,如OE-84中隐丹参酮、丹参酮ⅡA、丹参酮Ⅰ和二氢丹参酮Ⅰ的含量分别是WT中的3.85倍、6.00倍、1.83倍和3.38倍。SmHY5 RNAi株系中丹参酮的含量则显著降低,如RNAi-80中隐丹参酮、丹参酮ⅡA、丹参酮Ⅰ和二氢丹参酮Ⅰ的含量分别是WT中40.16%、55.56%、75.36%和 13.88%。5.对基因转化丹参植株进行转录组测序及差异表达基因分析。SmHY5过表达株系中筛选到差异表达基因6039条,SmHY5 RNAi株系中筛选到差异基因3261条。差异表达基因KEGG通路分析结果表明,差异表达基因中与代谢相关的基因数目最多,在SmHY5过表达和SmHY5 RNAi株系中分别达到了总注释基因数的52.23%和50.24%。分析了SmHY5过表达株系中酚酸类成分生源途径、丹参酮类成分生源途径关键酶基因及生长素信号途径相关基因的差异表达情况,结果表明SmHY5提高了两类成分生源途径上多个关键酶基因的表达。影响了 IAA活性调节、IAA极性运输及IAA信号转导等多个过程中的关键基因的表达,为后续深入理解SmHY5对侧根发育的调控机制提供了理论基础。6.利用酵母单杂交技术,对SmHY5在丹参酚酸类成分生源合成途径上的靶基因进行了筛选,结果表明SmHY5可以直接与SmPAL1、SmHPPR1的启动子结合,可以通过对2个基因的调控,影响酚酸类成分的合成。