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生长素是发现最早、最经典的植物激素之一,参与调控植物的许多生长发育过程。研究生生长素信号转导有利于解释生命现象和揭示生命机理。杨属(Populus)是木本植物生物学研究的模式植物,组织培养技术成熟,具有基因组小(约500 Mbp)等特点,也是我国的优良树种。2004年毛果杨(P. trichocarpa)基因组测序已经完成。文章以毛白杨为研究对象,研究生长素信号转导因子基因在毛白杨发育过程中的作用,克隆出3个相关基因,分别命名为PtPIN1、PtIAA1和PtTIR1。同源性分析显示,PtPIN1与苜蓿MtPIN1和拟南芥的AtPIN7的同源性分别高达82%和79%;PtIAA1与拟南芥Aux/IAA家族的AtIAA16的同源性最高(70%);PtTIR1与其他植物TIR类蛋白同源性也较高,最高的为葡萄(80%)。系统进化树分析显示PtPIN1属于生长素输出载体PIN类家族,PtIAA1属于生长素快速响应因子Aux/IAA家族的α亚族,PtTIR1属于F-box家族C4亚族的α组,编码生长素受体。为了解PtPIN1、PtIAA1和PtTIR1基因的功能,构建了它们的表达载体,并进行了PtTIR1的毛白杨和拟南芥的遗传转化。利用本实验室已构建的毛白杨生长素输入载体基因的PtAUX1表达载体,进行了拟南芥的遗传转化。RT-PCR检测PtAUX1和PtTIR1的转基因植株,分析转化植株表型和离体条件下的形态发生。超表达35::PtAUX1转拟南芥植株出现了匍匐生长,背向性实验中茎不发生90°向上弯曲。PtAUX1调节根的向地性,促进根的伸长和侧根的发生,对生长素IAA十分敏感。PtAUX1影响各器官的发育过程,普遍出现透明和增生,使表皮毛数目增多、较多的二叉分支,叶片卷曲、呈壳斗状;花器官畸形,如花萼边缘透明、卷曲、长有叶状结构、多处增生,花瓣透明、不张开、形状狭长或极短,改变了四强雄蕊的特性等,甚至有的雄蕊无花丝,花药粘状、散落困难。PtAUX1转拟南芥出现了各种形状的果实。上述结果表明PtAUX1基因通过生长素极性运输,促进各组织、细胞对内源生长素IAA的吸收,进而参与顶端分生组织的形成,影响植株形态,以及表皮毛、根、茎、叶、花和果实各器官的形态和发育过程。35S::PtTIR1转毛白杨和拟南芥的表型结果显示,PtTIR1促进植株的生长,调节植株的向光性,不改变根的向地性但促进根的伸长和侧根的发生,影响叶片的发育。转化毛白杨过程出现显著区别于野生型的芽体,如初为玉白色的花瓣状芽体后局部出现红褐色,有的芽体为透明的棒状结构,甚至无菌苗在生根培养基上出现根上长芽的情况。这些表型与PtAUX1转拟南芥的表型有许多相似处,也符合生长素的作用特点,结果说明PtTIR1通过调控生长素在植物体内的极性分布影响顶端分生组织的形成,促进植株的生长,调控向性反应,调节根和叶片的发育,可能参与了花器官的发育。这些结果初步揭示了PtAUX1和PtTIR1基因的功能,证实了生长素极性运输在植物生长发育过程中的重要作用。我们认为PtAUX1促进生长素快速响应因子PtIAA1与生长素受体SCFPtTIR1复合体结合,由PtPIN1通过囊泡调节机制将生长素IAA及时输出体外这一信号转导途径调控植物的生长发育过程。