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以往研究显示,在影响植物生长发育的众多重要环境因子中,昼夜长度的周期性变化是最重要的因素之一。尽管一些昼夜周期响应基因的功能已经被明确,但光周期调控植物生长发育的分子机制仍属于未知。本实验室前期测定了不同光周期处理马铃薯叶片转录组,分析发现,差异表达基因(DEG)涉及121个代谢通路,实验数据分析,确定了 20个光周期响应上游调控基因。其中DMG400012536(St36)、DMG40000663(StASR3)响应光照功能未知,并且St536属于新基因家族的成员之一。本研究旨在研究这些基因的功能,具体研究结果如下:(1)数据库检索和序列分析表明,,St536基因cDNA序列包含648bp的ORF,编码215个氨基酸组成的多肽,第91到第110位形成20个氨基酸组成的跨膜结构域;StASR3基因cDNA序列包含336bp的ORF,编码111个氨基酸组成的多肽。(2)合成两个基因cDNA,亚克隆将其连接到植物真核表达载体T-DNA,构建了含有过量和抑制表达载体的重组根癌农杆菌菌株GV3101-pC-35S-St536+/-、GV3101-pC-35S-StASR3+/-,通过根癌农杆菌介导途径,转化重组菌株普通烟草体内,筛选得到阳性转化株系。(3)St536 表达的亚细胞定位结果显示,St536-GFP融合蛋白与线粒体标记信号完全重叠,结合其跨膜结构域的存在,表明St536蛋白表达于线粒体膜;结果证实了基因组注释中St536同源物线粒体表达的预测。(4)StASR3过量表达株系气孔导度和净光合速率均值比对照分别降低了 33%和26%,ATP积累均值比对照增加了 57%,水杨酸积累均值比对照降低了 44%。结合以往研究报道,结果表明,StASR3表达增加,减少了叶片内源激素水杨酸积累,降低了气孔导度和氧化还原水平,使叶片对ABA胁迫的敏感性减弱。尽管StASR3过量表达,叶绿素和ATP积累增加,但气孔导度降低导致净光合作用速率下降。(5)St36过量表达,叶片纤维素积累和气孔相对长度,分别比对照降低了 20%和17%,气孔导度和光合速率分别是对照的4.6和3.5倍,ATP和叶绿素积累显著增加,结合以往研究报道,本研究表明,St536过量表达,减少了叶片纤维素积累,气孔开闭更灵活,气孔导度和光合速率随之提高。(6)结论认为:StASR3过量表达增强耐旱性,归因于水杨酸积累减少导致气孔导度下降所致。线粒体膜蛋白St536反向调控保卫细胞壁纤维素积累,增强气孔导度和光合速率。本研究不仅明确了线粒体膜蛋白St536参与纤维素积累,调控气孔和光合作用,而且为解析两者的信号提供了重要的实验证据。此外,还明确了增加StASR3表达,降低气孔导度,明确了导致气孔导度降低的内源激素,为进一步揭示ASR基因如何调控耐旱性提供理论依据。