飞机草(Chromolaaena odorata(L.)RM King and H.Robinson)属于菊科的多年生草本植物,别名香泽兰、暹罗草等,原产中南美洲。目前,飞机草已经成为世界上危害最严重的外来入侵种之一,广泛入侵到东南亚、非洲和太平洋群岛等世界的热带亚热带地区。在我国的云南、广西、海南等多个省(自治区)也受到飞机草的严重危害。研究表明,飞机草具有极强的无性繁殖能力,跟其强入侵性密切相关,但目前对其不定根形成的研究未见报道。为此,本研究对飞机草不定根形成的形态结构、生理生化以及基因表达差异等进行了研究。主要结果如下:1、不定根形成过程中的解剖结构及相关生理指标的变化飞机草扦插后7d内可形成肉眼可见的不定根,在菜园土、红土、河沙三种基质中全部生根,基质含水量为20-60%时都很容易形成不定根,表现出极强的环境适应性。飞机草茎段皮层中没有环状厚壁细胞、皮层薄并且髓部较大;没有潜伏的根原基,属诱导型根原基;不定根原基产生于束中形成层,生根过程中没有愈伤组织产生。根原基形成和不定根突破表皮的时间分别为扦插后3d和7d。在飞机草不定根形成过程中,IAA、ZT的含量以及POD酶的活性的呈上升的趋势,而ABA和黄酮的含量则下降。2、飞机草不定根形成过程的RNA-seq分析利用转录组测序技术(RNA-seq)对飞机草茎段扦插后0d、3d和7d的混合样品进行转录组测序分析。总共获得超过180,000个unigene,其中有90,000多个(接近50%)被注释。根据COG和GO功能分类,这些unigene属于不同功能种类,如次生代谢物合成、转运和分解、信号传导机制等。说明飞机草不定根形成是一个复杂的生理过程,需要各种不同功能的蛋白质参与。共有40,348条注释的序列比对到KEGG数据库,涉及到121个代谢通路。在这些注释的代谢通路中,共发现11,562个unigene参与半胱氨酸和蛋氨酸代谢、玉米素合成、色氨酸代谢、类胡萝卜素合成、双萜类合成以及油菜素内酯合成等6条植物激素相关的代谢通路,除此之外,还有一些完整的次生代谢物代谢通路,这些次生代谢物跟飞机草生根有着密切联系。转录组测序数据库将为不定根形成的研究提供分子生物信息学平台。3、飞机草不定根形成过程基因差异表达分析收集扦插Od、3d和7d后的飞机草茎段基部,Od、3d和7d的混合样品用于电子表达谱技术(DGE)分析。以转录组数据库做为参考,利用DGE对飞机草不定根形成过程的基因表达情况进行了分析。以FDR≤0.001和|log2ratio|≥1做为阀值,获得4,392个表达可能存在明显差异的基因,在这些基因中,除去部分只在一个样本中检测到并且检测到的基因片段数量较小的基因外,还有2,062个基因上调,而下调的有1,238个。表达量差异超过50倍的基因有87个,这些基因可能是影响飞机草不定根形成的关键因素。对飞机草不定根形成过程中差异表达的基因进行进一步的分析表明,除了维持生命活动所必须的能量代谢相关的基因外,其他的差异表达基因可以分为10大类,包括:激素、生长发育、防御、细胞色素P450、泛素、过氧化物酶、钙离子、锌指蛋白、延伸因子、天冬氨酸相关基因。代谢通路分析则表明,飞机草不定根形成过程中最重要的次生代谢产物是:细胞分裂素、脱落酸、乙烯、赤霉素以及类黄酮类物质。4、类黄酮3’-羟化酶基因(CoF3’H)的克隆及其在烟草中的表达利用RT-PCR和RACE技术从飞机草中克隆得到1628bp的类黄酮3’-羟化酶cDNA的全长序列,命名为CoF3’H,GeneBank登录号为:HQ268505.1。CoF3’H基因的编码区长度为1524bp,编码507个氨基酸。氨基酸序列具有P450蛋白结构域和半胱氨酸亚铁血红素结合域保守区(F××G×R×C×G),与其他植物的F3’H蛋白的同源性很高。成功将CoF3’H基因导入烟草,CoF3’H在烟草中高量表达,表达量是野生型的69倍多。转CoF3’H基因烟草植株的黄酮含量显著高于野生型。说明CoF3’H在黄酮的生物合成中起重要作用。通过对T2代植株的表型观察显示,CoF3’H基因在烟草中的表达明显地抑制烟草植株生长。