珙桐是第三纪孑遗种,国家Ⅰ级保护植物。珙桐花序为球形,基部有对生的纸质大苞片,开花时形似鸽子,故又名“鸽子树”,具有极高的观赏价值。珙桐苞片是一种变态叶,根据形态变化,苞片的发育过程可分为四个生长时期,包括绿色幼叶-浅绿色幼叶-白色展开叶-淡黄色萎蔫叶的变化过程。为了阐明珙桐苞片发育的分子机理,本课题组前期通过珙桐苞片和叶片的转录组分析,发现了一个在苞片中优势表达的基因ASR。ASR基因受到脱落酸、胁迫和成熟诱导表达,此类基因在植物中普遍存在,多与植物的逆境响应相关。本研究克隆了该基因的全长序列并将其命名为DiASR1。通过分析该基因的表达模式,确定该基因在苞片中优势表达,且表达水平与苞片发育关系密切。构建转基因载体分别遗传转化拟南芥和烟草,观测该基因在不同植物中对生长发育和逆境响应的影响,验证DiASR1基因的生物学功能。另一方面,为分析DiASR1基因的表达调控模式,克隆了该基因的上游启动子序列,构建含目标基因启动子序列和GUS报告基因的表达载体并转化拟南芥,检测在不同生长时期、不同器官和不同胁迫条件下转基因植株中的GUS染色情况,分析该启动子的调控模式。本研究主要得到以下结果:1.确定DiASR1基因属于ASR基因家族成员,但与其他物种中已知的ASR基因序列同源性较低。2.DiASR1基因的表达量随苞片发育过程逐渐增加。以苞片叶面积与DiASR1基因的相对表达量进行相关性分析表明,两者呈显著正相关,暗示该基因可能在苞片生长过程中发挥重要功能。另外,在发育中后期,DiASR1基因在成对苞片的小苞片中的表达量显著高于大苞片,暗示该基因还可能与苞片不对称发育相关。3.对转基因拟南芥和烟草进行表型观察发现,DiASR1基因超量表达均导致植株提前进入生殖生长、转基因植株花序数量增多、叶片数量减少。DiASR1基因超量表达还导致部分拟南芥植株的幼嫩叶片发生一定程度的白化,而在烟草中则导致花瓣颜色变为浅白色,暗示该基因可能具有抑制色素合成的功能,但在不同植物中发挥功能的部位有所差异。4.在高盐胁迫下,拟南芥转基因株系表现为更低的存活率。转基因植株幼苗根长较野生型幼苗根长短,对高盐胁迫更加敏感,盐胁迫抗性下降。与已有报道结果相反,本研究证明超量表达DiASR1基因降低了拟南芥植株对盐胁迫的适应性。5.克隆获得了一段大小为500 bp的DiASR1基因启动子序列,命名为PDiASR1w,顺式作用元件分析发现该启动子含与光响应、温度响应和逆境响应相关的顺式作用元件,推测其可能受到光、温度等条件的调控。构建由该启动子驱动GUS基因表达的植物表达载体并遗传转化拟南芥,发现在分裂旺盛的器官,比如幼嫩的叶片、雄蕊、分枝处的茎中GUS表达量较高。在高盐、干旱和黑暗条件处理后,GUS的表达量均下降,而处理结束后,GUS表达量又有所回升,暗示该基因在逆境胁迫和黑暗条件下表达量下调。本研究结果表明,DiASR1基因可以调控植物的生殖发育,促使植株提前进入生殖生长,且能导致一定程度的白化,但在不同植物中发挥功能的部位不同。DiASR1基因超量表达降低了拟南芥植株的抗逆境胁迫能力,证明珙桐的ASR基因在功能上具有特异性。DiASR1基因特异地在珙桐苞片发育过程高量表达,且表达量与苞片叶面积正相关,它可能通过诱导苞片中叶绿体的退化和降低苞片的抗逆能力而参与苞片的发育过程。