生长素在植物许多生长发育过程中扮演着重要角色,如顶端优势、花序和叶序的发育、胚的发育等,这些过程都依赖生长素浓度梯度的建立。PIN基因编码生长素运输载体蛋白,能够在植物的花器官形成中发挥重要作用。本研究以无配子生殖和有性生殖的荷叶铁线蕨为原材料,分离出与生殖器官发育有关的PIN基因,并对这些基因进行表达分析,以期从分子水平上揭示与蕨类植物无配子生殖相关的基因,为通过基因工程对研究荷叶铁线蕨的发育调控奠定理论基础。主要研究成果:1.荷叶铁线蕨PIN基因的克隆及生物信息学分析。利用荷叶铁线蕨转录组库中的基因片段信息,筛选无配子生殖库中注释基因差异表达较为明显的PIN基因,根据PIN基因的保守序列设计引物,利用TAIL-PCR技术最终从荷叶铁线蕨中分离到两个PIN基因,命名为Ars PIN1和Ars PIN2。Ars PN1基因全长c DNA为2440 bp,ORF区长2052 bp,编码683个氨基酸;Ars PIN2基因全长c DNA为2033 bp,ORF区长1923 bp,编码640个氨基酸。对荷叶铁线蕨两个PIN基因的蛋白结构分析表明,它们都是不稳定的疏水蛋白,且蛋白的亚细胞主要定位于细胞质膜和内质网上。Blast比对发现两个基因与多种植物的PIN基因具有高度同源性,两端都各有一个完整的膜蛋白结构功能域,且均为疏水区段,中间区域为亲水区段。每个疏水区段均有几次跨膜折叠,此结构特点与其所行使的跨膜运输功能一致。2.荷叶铁线蕨PIN基因的时空表达检测。通过实时荧光定量技术分析PIN基因在荷叶铁线蕨配子体和孢子体中的表达情况,结果表明:在有性生殖中,有性器官分化的配子体时期PIN基因的表达量最高,说明PIN基因在荷叶铁线蕨的性器官发育中起着重要的作用;在无配子生殖中,PIN基因在孢子体中的表达量都显著低于配子体中的表达量,推测荷叶铁线蕨的无配子生殖可能与PIN基因从配子体到孢子体的表达下调有某种关系。3.荷叶铁线蕨PIN基因的遗传转化分析。成功构建荷叶铁线蕨PIN基因的过量表达载体p CAMBIA2300-Ars PIN1和p CAMBIA2300-Ars PIN2,农杆菌介导法将p CAMBIA2300-Ars PIN1转入野生型拟南芥,通过获得的抗性转基因植株观察表型,发现其与野生型拟南芥相比,大大节省了开花和结果的时间。