植物的器官大小是农作物重要的产量性状,而它的调控机制在发育生物学研究中也非常关键,对于器官大小的研究一直以来都是发育生物学研究的热点话题。植物利用自身的遗传机制整合内在生长信号和外在环境条件,共同调控器官的大小。不同植物器官如叶、花、果实等,在大小上表现出的巨大变化,反映出它们在进化过程中对环境的逐渐适应。植物器官的生长发育包括前期的细胞增殖和后期的细胞扩展两个连续的阶段。目前,已有部分基因被报道参与植物器官大小的调控,但这些基因主要集中在以拟南芥和水稻为代表的模式植物中,而对于非模式植物器官大小的调控报道较少,其分子机制仍有待深入研究。本实验室前期在棉花上通过图位克隆得到了调控陆地棉种子大小的基因GhSAP,其同源基因SAP在拟南芥、黄瓜、荠菜等物种中均有参加植物器官大小的调控,说明其基因功能具有相对保守性。然而,SAP在同一物种内以及物种间还具有复杂多样性,仍然值得在其他物种中进一步深入研究。基于以上背景,本研究拟以陆地棉GhSAP基因为目标基因,以转基因拟南芥、转基因油菜、转基因水稻为研究材料,结合生物信息学、分子生物学等方法研究SAP基因对不同植物器官大小调控的影响。主要研究结果如下:1.以陆地棉品种渝棉1号的基因组DNA为模板,克隆出SAP目标基因,该基因总长为3406 bp。以渝棉1号的cDNA为模板,扩增出GhSAP的CDS序列,全长1362 bp,编码蛋白全长453个氨基酸。2.以GhSAP的蛋白序列为参考,通过数据库Blast获得了53个物种中的SAP同源蛋白序列。这些物种主要为双子叶植物,广泛分布于十字花科、锦葵科、蔷薇科、茄科、豆科等。通过对进化树进一步分析表明SAP在开花植物出现之前已经存在。3.通过酶切连接法将GhSAP插入到了pLGN-35S-MCS-Nos-BE载体的35S启动子后,构建了35S:GhSAP植物超表达载体,并转化了哥伦比亚野生型拟南芥和油菜品种Westar。成功获得了4个拟南芥阳性转化子。与野生型相比,过表达GhSAP的转基因拟南芥的叶片增大,且整个叶片不能全部展平,呈半球状;下胚轴和叶柄均显著增长;角果变宽且变短。4.成功获得了3个超表达GhSAP的油菜阳性转化子。与对照相比,超表达GhSAP油菜的幼叶与野生型相比面积变化并不大,但叶片边缘较野生型圆润;随着植株的增大,转基因油菜的株高、节间距均显著高于野生型,但茎杆直径和叶片的面积却显著小于野生型;此外,转基因油菜的花瓣显著增大,角果显著增长增宽,千粒重也显著上涨。5.构建了Ubiquitin:GhSAP植物超表达载体并用于转化日本晴水稻,成功获得了6个超表达GhSAP的水稻阳性转化子,与对照相比,转基因水稻并无明显的表型变化,且部分转基因水稻的千粒重下降。本研究通过对多种GhSAP转基因材料器官大小的研究,表明GhSAP在双子叶植物中对器官大小具有正向调控作用,但对单子叶植物水稻并无正向影响。本研究为后续植物器官大小调控的分子机制研究奠定了基础,也为高产育种提供了基因资源,对提高作物产量具有重要的意义。