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油菜(Brassica napus)作为一种重要的经济作物,是我国第一大油料作物。目前,高油育种是油菜育种的主要研究方向,提高菜籽含油量一直备受关注。花青素属于植物中的一种黄酮类化合物,在植物抵御生物和非生物逆境过程中行使重要功能,目前富含花青素的健康功能性食品越来越受人们的喜爱。转录调控是种子油脂和花青素积累过程中一种重要的调控因子,已知b HLH(basic helix-loop-helix)转录因子GLABRA3(GL3),参与调控拟南芥(Arabidopsis thaliana)花青素生物合成和表皮毛形成过程,但其在种子油脂积累过程中的功能尚不清楚。对于甘蓝型油菜同源基因BnGL3-1在表皮毛形成、花青素和油脂积累等方面的调控功能更是知之甚少。为分析拟南芥AtGL3和甘蓝型油菜BnGL3-1在花青素和油脂积累等生物学过程中的调控作用并探讨它们是否具有相似的生物学功能,本研究利用拟南芥突变体gl3-3和gl3-4,以及甘蓝型油菜品种秦优7号,初步分析了它们在花青素和种子油脂积累中的调控机制与功能异同。本研究的主要研究结果如下:(1)构建pAtGL3:GUS载体转化拟南芥野生型,通过对筛选获得的转基因植株进行GUS染色,再结合荧光定量PCR技术(q RT-PCR)检测AtGL3基因在野生型不同组织和种子不同发育时期的表达情况,分析AtGL3的时空表达模式。结果发现AtGL3广泛存在于拟南芥的营养器官和生殖器官中,并且在营养生长向生殖生长过渡初期的幼嫩茎尖和正在伸展的真叶中表达量较高,同时在种子胚胎不同发育阶段也大量表达。由此初步推测AtGL3可能参与幼苗薹期和种子的生长发育过程。(2)结合GUS染色结果和野生型、突变体之间在幼嫩茎尖和正在伸展的真叶中花青素含量和表皮毛数量的表型差异,选取拟南芥野生型和gl3-4突变体发芽20天后的幼嫩茎尖和正在伸展的真叶进行转录组测序并对差异表达基因进行生物信息学分析,在全基因组水平上调查花青素生物合成及表皮毛形成过程中AtGL3调控的下游基因。然后利用q RT-PCR技术进一步验证这些潜在靶标基因的表达水平。本研究获得了多个作用于AtGL3下游并被其显著调控的参与花青素积累和表皮毛发育的重要转录因子或结构基因。(3)通过对来自不同物种中的GL3蛋白质进行多序列比对和系统进化分析,发现:在蛋白质水平上,BnGL3-1(秦优7号)与拟南芥(AtGL3,84%)、白菜型油菜(Br GL3,98%)和甘蓝(Bo GL3,99%)中的GL3序列高度同源。推断BnGL3-1与AtGL3亲缘关系紧密,在进化上保守。烟草叶片亚细胞定位表明BnGL3-1定位在细胞核中,推测其具有转录因子特性。(4)在拟南芥突变体gl3-3背景下,过表达BnGL3-1可以恢复突变体幼嫩茎尖和正在伸展的真叶中的花青素含量和表皮毛数目均减少的表型。同时q RT-PCR检测结果显示在幼嫩茎尖和正在伸展的真叶中参与花青素合成和表皮毛形成的众多相关基因被BnGL3-1显著调控。这表明,BnGL3-1与AtGL3在调控花青素生物合成和表皮毛形成过程中功能类似。(5)观察野生型、突变体以及过表达转基因植株gl3-3 35S:BnGL3-1-6HA之间种子形态、重量等表型,测定其成熟种子中的油脂和花青素含量并检测种子发育重要时期相关基因的表达情况。结果发现BnGL3-1和AtGL3在调控种子油脂积累和花青素合成过程中的生物学功能相似,均通过调控与种子花青素和油脂积累相关的一系列基因的表达而促进种子花青素生物合成和抑制种子油脂积累。综上所述,本文较为系统地研究了BnGL3-1和AtGL3在花青素和油脂积累方面的调控机制并比较了其作用异同。该研究表明甘蓝型油菜BnGL3-1不仅有利于通过调控花青素含量与表皮毛密度而提高油菜抵御外界不利因素影响的能力,而且有利于通过增加油菜薹期叶片和嫩茎中花青素含量而开发富含花青素的功能型蔬菜—油菜薹。此外,这也为通过分子育种手段实现油菜的多功能利用和高油育种发掘了新的基因资源。