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落叶松是我国重要的针叶速生用材树种,体细胞胚胎发生是其分子育种与品种化繁殖的重要手段,也是在细胞与分子水平上研究其生长调控与个体发育机制的理想实验体系。但由于不同基因型及其感受态胚性细胞诱导差异较大,继代过程中胚性能力退化,导致体细胞胚的质量下降,严重影响了体细胞胚胎发生体系在细胞高效繁育上的应用。氢气作为新型信号分子已在植物生长发育研究中发现其影响细胞分化、增殖与生理生化机制,并在micro RNA(miRNA)、基因表达及调控等方面扮演重要角色。研究富氢在落叶松体细胞胚胎发生及其分子发育上的调控机制具有重要科学意义。前期研究表明miR171通过转录后调控靶基因SCARECROW-LIKE 6(LaSCL6)也参与落叶松胚性发育过程,但两者相互调控关系、分子机制及功能仍待研究。本文以落叶松胚性细胞为材料,探索了富氢对体细胞胚发育的影响、miR171-LaSCL6的调控、互作蛋白、上游调控因子及其功能等,进而揭示富氢调控落叶松体细胞胚发育的分子机制。主要结果如下:(1)富氢及对照处理后的原胚细胞的增殖倍数、成胚情况、细胞活力变化研究表明:富氢处理5d后原胚的增殖倍数是对照的1.34倍、正常体胚数量是对照的1.15倍,均显著高于对照、活性氧累积减少、细胞活力增大;富氢后细胞中miR171活性比对照细胞中增强,表明miR171受到氢气的调控,进而参与体细胞胚发育过程。(2)鉴定了miR171家族的5个成员(miR171a、miR171b、miR171c、miR171d、miR171e),发现不同成员可能在不同位点切割靶基因LaSCL6的m RNA。本研究优化了以靶基因LaSCL6不同转录本表达水平检测miR171活性的方法,发现胚性细胞比非胚性细胞中miR171活性高、原胚时期比体胚成熟时期miR171活性高、富氢处理比对照处理后miR171活性高,靶基因LaSCL6在胚性细胞及体胚成熟后期较高,而富氢处理后降低。miR171成员的初级转录本及成熟体在体胚发生及富氢处理过程中的表达模式分析发现,miR171成员在其合成过程的不同阶段受到调控,最终导致其表达和活性的差异。(3)鉴定了LaSCL6两个可变剪接体(LaSCL6-var1/LaSCL6-var2),LaSCL6-var1编码835个氨基酸,LaSCL6-var2编码639个氨基酸。利用特异引物对两个可变剪接体表达模式进行分析,发现LaSCL6-var1在落叶松的不同组织、体胚发育过程以及富氢处理过程中都有表达,LaSCL6-var2仅在部分细胞系及根、茎、针叶中被检测到。两个可变剪接体三维结构预测发现两者均有差异,推测其功能可能不同。LaSCL6基因组序列中存在两个SSR位点(GCA和CCA),进一步分析它们在落叶松群体中的多态性,GCA有五种重复类型:(GCA)4、(GCA)6、(GCA)7、(GCA)8、(GCA)9。CCA有五种重复类型:(CCA)6、(CCA)7、(CCA)8、(CCA)9、(CCA)12,其中(GCA)7和(CCA)7占主导,共检测到12个单倍型,其中(GCA)7(CCA)7的频率最高。5个LaSCL6等位基因的表达模式分析,发现它们在根、茎、针叶中表达模式一致。(4)构建了LaSCL6两个可变剪接体与绿色荧光蛋白的融合体,亚细胞定位分析发现两者均定位在细胞核中。以落叶松体细胞材料c DNA构建酵母文库,分别以LaSCL6两个可变剪接体的编码区为诱饵载体,利用酵母双杂系统进行互作蛋白的筛选。在已筛选到的序列中预测到一个转录因子La AP2L2基因。利用酵母双杂交实验验证LaSCL6两个可变剪接体蛋白均可与La AP2L2蛋白发生互作。La AP2L2基因在细胞分裂及富氢处理过程中的表达模式与LaSCL6的表达模式一致,但在体胚成熟过程中两者表达模式不完全一致,表明La AP2L2与LaSCL6发生协同作用的同时,还受到其他因素影响。(5)克隆了LaSCL6的启动子序列并发现其含有很多激素响应的元件。用50μM IAA、75μM ABA、50μM GA、100μM Me JA处理落叶松原胚细胞并分析LaSCL6表达模式,发现LaSCL6在GA、ABA处理后先升后降,在IAA、Me JA处理后先降后升。构建LaSCL6启动子与GUS融合载体,转化拟南芥并组织染色,发现其可在下胚轴、根、叶、及花药中表达。利用酵母单杂交实验系统,以LaSCL6启动子为诱饵载体,在已构建的酵母文库中筛选上游调控因子。预测到一个AP2/ERF家族转录因子,克隆得到该基因的编码区全长,并注释为La ERF074。采用酵母单杂点对点实验证明La ERF074可以结合在LaSCL6启动子上。La ERF074基因在体胚发生及富氢处理过程中表达模式与LaSCL6表达模式相反,推测La ERF074抑制LaSCL6的表达。(6)将miR171及LaSCL6两个可变剪接体的过表达载体通过农杆菌介导法转化落叶松细胞系,获得miR171d的阳性细胞系3个、LaSCL6-var2的阳性细胞系5个。miR171d的3个阳性细胞系的原胚增殖能力显著高于野生型,表明miR171d可增强落叶松体细胞胚的胚性能力。综上所述,富氢处理可以提高落叶松体细胞胚的胚性能力及维持胚性潜力,miR171-LaSCL6在该过程中发挥重要作用。LaSCL6互作蛋白及上游转录因子等调控信息的挖掘,为深入研究富氢调控落叶松体细胞胚发育的分子机制奠定了理论基础,并进一步用于新种质创制,加快落叶松分子育种进程。