大白菜(Brassica rapa L.ssp.pekinensis)起源于我国,常年种植面积2×106hm2左右,年产约1亿吨,是种植面积、产量最大的蔬菜作物,素有“国菜”之称,其产量的丰欠对安定人民生活起着举足轻重的作用。叶球是大白菜的主要食用器官,其大小是决定大白菜产量的关键因素。但是到目前为止关于大白菜叶球大小发育的调控机制尚不得而知。因此,深入解析大白菜叶球大小的调控机制将为下一步改良大白菜、提高其产量提供理论依据。为解析大白菜叶球大小的调控机制,本研究以叶球大(Y2)小(Y7)差异显著的大白菜为实验材料,然后对其叶子的大小、生长速度、生长素和赤霉素含量、光合作用以及细胞大小等指标进行了测定。此外,我们还利用RNA-Seq技术对Y2和Y7幼叶中的转录表达谱进行了测定和分析,取得的结果如下:1.在播种后45天时,Y2的叶片数目显著多于Y7,并且其最大叶的长和宽也显著高于Y7。另外,我们选取大小基本相同的幼叶(长约3 cm)为材料,然后每隔2天测定一次叶子的长度,发现Y2具有比Y7更快的生长速度和更长的生长时间。我们进一步利用扫描电镜观察成熟叶的表皮细胞发现相同叶面积内Y2和Y7的表皮细胞数目和气孔数目基本相同,也就是说Y2和Y7的细胞大小不存在显著差异。因此,Y2比Y7具有更大的叶球和更快生长速度的原因主要是由于Y2具有比Y7更强的细胞分裂能力。2.在播种后45天时,我们测定了Y2和Y7的光系统II最大光化学效率(Fv/Fm),发现二者的Fv/Fm值基本相同,从而表明Y2和Y7的生长状态基本一致。但是我们对Y2和Y7净光合速率的测定却发现Y2的净光合速率要显著低于Y7。但是由于Y2具有比Y7更强的细胞分裂能力使其具有更大和更多的叶子,所以Y2的有效光合面积要显著高于Y7。因此,虽然Y2的净光合速率要显著低于Y7,但是由于Y2具有比Y7更高的有效光合面积,从而使得Y2能够在单位时间内合成更多的有机物质以支持Y2的快速生长。3.在播种后45天时,我们分别选取Y2和Y7已完全展开的幼叶为材料,然后利用液质联用的方法测定了其生长素和赤霉素的含量。结果显示,Y2中生长素和赤霉素的含量都要显著高于Y7。因此,我们认为Y2具有比Y7更大的叶球和更快生长速度的原因应该与Y2具有Y7更高的生长素和赤霉素含量有关。4.在播种后45天时,我们分别选取Y2和Y7已完全展开的幼叶为材料,然后利用RNA-Seq的技术对二者的转录表达谱进行了测定。通过分析,共有4445个基因在Y2和Y7之间存在显著差异,其中Y2相对于Y7分别有3135个基因上调和1310个基因下调。通过对差异基因的GO和KEGG分析,我们发现有多个基因被富集到与植物生长发育相关的条目。另外,我们进一步对差异基因进行分析发现,一些参与细胞分裂的基因主要表现为上调。例如,涉及IAA和GAs合成的基因、编码细胞周期蛋白的基因(CYC)以及参与细胞周期蛋白表达的ANT和GRF等基因。而这些基因在Y2中的上调最终导致Y2具有比Y7更大的叶球和更快生长速度。总之,通过本研究我们认为由于涉及IAA和GAs合成的基因在Y2中的上调表达导致Y2能够积累更多的生长素和赤霉素。由于生长素和赤霉素的大量积累进一步促进参与细胞周期蛋白表达的ANT和GRF等基因在Y2中的上调表达,然后进一步促进编码细胞周期蛋白的基因(CYC)在Y2中上调并最终导致Y2具有比Y7更强的细胞分裂能力。