玫瑰(Rosa rugosa)是一种重要的观赏与经济植物,在世界各地广泛种植。然而玫瑰在培育和养护的过程中经常遭受各种生物和非生物胁迫,严重影响其观赏和经济价值。MYB转录因子和类黄酮在植物逆境响应方面起着关键作用,解析玫瑰逆境响应的MYB转录因子的调控机制对玫瑰抗逆性的提高和遗传改良具有重要的意义。本课题以玫瑰为实验材料,从中分离出响应非生物胁迫的MYB转录因子,并对它们的功能及分子调控机制进行深入研究。主要研究结果如下:(1)玫瑰逆境响应相关MYB转录因子的分离和鉴定:首先,结合拟南芥TAIR数据库、草莓转录组数据库和我们组装的玫瑰转录组数据库,从玫瑰中初步挑选出可能与逆境响应相关的18个MYB候选基因;其次,分析机械损伤处理的玫瑰花瓣和叶片中这18个MYB候选基因的表达情况,从中圈定两个候选基因,进化树分析表明这两个候选基因分别属于PA1类和TT2类原花青素转录激活子;再次,分析这两个候选基因在氧化胁迫处理的玫瑰叶片中表达情况,确认这两个候选基因与逆境响应紧密相关。因此,选择这两个候选基因作为下一步研究对象,并将其分别命名为RrMYB5和RrMYB10;其中RrMYB5属于PA1类原花青素转录激活子,RrMYB10属于TT2类原花青素转录激活子。(2)RrMYB5和RrMYB1O相互作用并激活类黄酮合成关键酶基因的表达:通过酵母双杂交实验和荧光素酶互补实验研究表明,RrMYB5和RrMYB10蛋白之间存在互作,同时RrMYB5、RrMYB10分别可以和bHLH转录因子AtEGL3互作,形成MBW复合体。利用双荧光素酶报告基因检测系统分析表明,RrMYB5和RrMYB10可以相互激活对方表达,并且单独或者相互协作地激活下游玫瑰类黄酮合成关键酶基因RrDFR、RrLAR和RrANR的表达。(3)RrMYB5和RrMYB10调控转基因玫瑰和烟草中类黄酮的合成:利用根癌农杆菌介导的植物遗传转化体系,在玫瑰和烟草中分别超量表达RrMYB5和RrMYB10基因,结果发现转基因玫瑰和烟草中原花青素含量均显著性增加,且类黄酮合成关键酶基因的表达水平也显著性提高。结果表明RrMYB5和RrMYB10转录因子在植物中正向调控类黄酮合成代谢。(4)RrMYB10、RrDFR和RrANR转基因烟草部分器官组织的转录组信息分析:利用第二代测序技术,对RrMYB10、RrDFR和RrANR转基因烟草株系和对照烟草进行转录组测序,结果分析显示转基因烟草中抗氧化酶类相关基因(尤其PODs类)显著上调表达,ABA激素信号转导相关基因(尤其PP2Cs类)显著下调表达。因此,超量表达RrMYB10、RrDFR和RrANR不仅可以通过促进类黄酮类物质积累也可以通过调控抗氧化酶类和激素信号转导相关基因的表达来增强植物的抗氧化胁迫能力。(5)RrMYB5和RrMYB10超量表达提高转基因玫瑰和烟草植株的抗氧化能力:通过对转基因玫瑰(RrMYB5和RrMYB10)和转基因烟草(RrMYB5、RrMYB10、RrDFR和RrANR)的氧化胁迫实验分析发现,胁迫处理的转基因植株体内活性氧水平明显低于对照植株,抗氧化酶类活性显著高于对照植株,植物抗氧化能力显著性增强。因此,RrMYB5和RrMYB10通过提高植物活性氧的清除能力进而显著地增强植物的抗逆性。综上所述,玫瑰中机械损伤和氧化胁迫诱导的转录因子RrMYB5和RrMYB10,通过调控类黄酮合成相关基因的表达促进类黄酮积累,提高植物活性氧的清除能力进而提高植物的抗逆性。本文为玫瑰MYB转录因子调控类黄酮合成介导的植物机械损伤和氧化胁迫响应机制研究提供了新的见解。