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植物HD-zip III转录因子是调控维管组织发育的重要基因,研究HD-zip III基因在林木维管组织发育及材性形成中的功能对于林木的遗传改良和解析木材形成的分子机理具有重要的意义。光皮桦是广泛分布于我国南方的一种材质优良的珍贵用材树种,其生长速度快,童期短,是林木遗传育种研究的良好材料。本研究以光皮桦为材料,对其HD-zip III基因进行了克隆,表达与功能研究,得到以下研究结果。 1.根据光皮桦转录组序列结合RACE技术,克隆得到5个BlHD-zip III基因,命名为BlHDZ1~BlHDZ5,序列全长为2.5Kb~2.8Kb,编码840个氨基酸左右。BlHD-zip III基因均含miRNA靶位点,存在两种剪切模式,分别位于miR166的第8和第10个碱基。系统进化分析表明这5个BlHD-zip III基因分别属于HD-zip III家族的不同成员。亚细胞定位发现BlHDZ1和BlHDZ2蛋白均定位细胞核。 2.组织表达特性分析表明,5个BlHD-zip III基因在8种组织器官中均有表达,但具有不同的表达模式。BlHDZ1和BlHDZ2表达模式相似,在苞片、雌花和茎顶端分生组织表达量较高。BlHDZ3仅在茎顶端分生组织中特异性表达。BlHDZ5在雌花、根、茎中表达量较高。光皮桦不同发育时期的芽、叶及嫩茎的表达分析表明,BlHDZ1、BlHDZ3及BlHDZ4在成熟芽中表达量最高,而BlHDZ2在早期休眠芽中表达量最高,BlHDZ5在生长旺盛的芽及木质化较高的茎中表达量较高。对木质化不同程度的茎以及茎的不同部位分析表明,BlHDZ1和 BlHDZ2在内层木质部表达量最高,BlHDZ3和BlHDZ5在侧茎第5节表达量最高,其次是内层木质部,BlHDZ4的表达则随着木质化程度的加强而呈现上调。 3. BlHD-zipIII在激素处理的组培苗中表达分析发现:除BlHDZ1外,生长素(IAA)处理诱导了其他HD-zipIII基因的表达。IAA处理第2天,BlHDZ3、BlHDZ4、BlHDZ5明显受到了不同程度的诱导,IAA处理第8天,BlHDZ2也受到了诱导。油菜素内酯(BR)处理第18天,BlHDZ1和BlHDZ2表达量分别提高了3.5倍和2.2倍。而GA、IAA、BR和乙烯利(Ethephon)处理第2天,BlHDZ4的表达较对照分别提高了2、1.5、2.1、2.1倍,表明BlHDZ4可能在同一时间受到了这4种激素的诱导。 4.已有研究表明发现赤霉素(GA)可加快应拉木的形成。本研究通过不同浓度和类型GA的处理,发现GA也可促进光皮桦应拉木的形成。进一步对这5个BlHD-zipIII基因在这个模型中的表达进行分析。结果表明,在高浓度赤霉素处理下,BlHDZ1在应拉木(TW)和对应木(OW)中表达均上调。而低浓度赤霉素处理,BlHDZ2受到了诱导,在应拉木(TW)和对应木(OW)中表达也均上调。揭示不同HD-zipIII成员受到GA诱导的浓度也不同。BlHDZ4在高浓度赤霉素处理后表达量在TW、OW中均明显下调,推测高浓度的赤霉素会抑制某些BlHD-zipIII基因在应拉木中的表达。高浓度GAmix处理,BlHDZ2、BlHDZ3的表达在TW中上调,推测其可能参与了应拉木的形成。这些结果表明BlHD-zipIII基因的不同成员对GA的敏感性是不同的。 5.为进一步研究BlHD-zipIII基因的功能,构建了其过表达载体并进行了拟南芥的遗传转化。目前,已筛选出BlHDZ2和BlHDZ5转基因阳性植株,正进行子代种植及表型观察,基因的功能有待进一步的分析。