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马铃薯(Solanum tuberosum L.)是我国重要的粮食作物之一,然而干旱等逆境严重影响了马铃薯的品质和产量。因此,培育强抗旱性与高效水分利用效率兼得的马铃薯品种对保障我国粮食安全具有重要意义。气孔是植物与外界环境进行气体交换和水分交换的通道,精细地调控植物的蒸腾作用、光合作用和呼吸作用。气孔的发育过程涉及信号转导,细胞命运转化和细胞不对称分裂等重要的发育调控事件。表皮模式因子(EPFs)能与下游类受体膜蛋白和细胞表面类受体激酶共同作用调控气孔发育和形成。然而截至目前,针对马铃薯EPFs的研究尚未有报道。本研究从马铃薯品种’大西洋’(Atlantic)中克隆得到两种气孔密度表皮模式因子StEPF2与StSTOMAGEN,并对这两种基因的表达特性及功能进行了初步分析。系统进化树分析表明,StEPF2与StSTOMAGEN的氨基酸序列与其他物种的EPF2和STOMAGEN高度保守,都含有信号肽结构和6-8个保守的半胱氨酸残基。亚细胞定位结果显示StEPF2定位于细胞膜/间隙,而StSTOMAGEN在细胞核与细胞膜中都有表达。qRT-PCR结果显示,StEPF2与StSTOMAGEN在马铃薯的根、块茎、茎、叶中均有表达,且二者均在嫩叶中表达最多。有意思的是,这两种基因的表达量在一天中呈现周期性变化,长日照条件下(16/8 h,light/dark),在授时因子为20 h时表达量达到最高。PEG模拟干旱胁迫处理后,它们的表达量均在4 h达到峰值;而ABA和NaCl胁迫处理后,二者的表达水平均呈现出持续降低的趋势。随后,我们通过农杆菌介导的浸花法分别获得过量表达StEPF2与StSTOMAGEN基因的转基因拟南芥植株。通过PCR和chi-test等筛选分析,成功获得T3代转StEPF2纯合体(E2植株)14株和转StSTOMAGEN纯合体(ST植株)8株。后经qRT-PCR、Western-blot和预实验等,分别选取其中三个株系做后续研究。功能鉴定表明E2植株的气孔密度显著降低,而植株的抗旱能力显著提升;然而ST植株的气孔密度显著增多,同时植株的抗旱能力却显著低于野生型拟南芥。综上结果表明,表皮模式因子StEPF2和StSTOMAGEN二者在调控气孔密度和植株抗旱性上呈相反的作用,该结果为后期通过调节气孔密度表皮模式因子的表达,培育抗旱节水型马铃薯株系奠定理论基础。