类胡萝卜素是植物体内一种非常重要的抗氧化剂。类胡萝卜素裂解氧化酶(CCO)可以将植物体内类胡萝卜素催化裂解形成脱辅基类胡萝卜素及其各种衍生物,从而调控植物的生长发育。GATA转录因子作为一种Ⅳ型锌指蛋白能够特异性结合共识序列WGATAR(W=T or A;R=G or A),其对植物的生长发育也起着重要的调控作用。CCO和GATA基因家族在植物抗逆响应中都发挥重要的作用。在模式植物,比如拟南芥和水稻中,研究者已经对CCO和GATA基因家族进行了大量、广泛的研究。但是在苹果中对CCO和GATA基因系统鉴定和分析等相关工作还比较少。在本研究中,我们第一次对苹果CCO和GATA基因进行了全基因组鉴定,并对它们的染色体分布,进化机制,基因结构,启动子序列的顺式作用元件和蛋白保守结构域进行了系统分析。利用微阵列基因表达数据和qRT-PCR技术,我们系统分析了苹果CCO和GATA基因在不同组织器官的表达模式,鉴定了苹果在黑暗,干旱以及盐胁迫下一些生理指标的变化,并分别分析了苹果GATA基因在黑暗胁迫、CCO基因在干旱、盐胁迫以及各种激素处理下的表达模式,以期能够鉴定出与苹果非生物胁迫响应有关的苹果CCO和GATA基因。结果如下:1.苹果CCO和GATA基因的鉴定。我们在苹果全基因组范围内分别鉴定出21个CCO基因和35个GATA基因。2.苹果CCO和GATA基因进化分析。根据系统进化关系将苹果CCO和GATA基因分别分为6个和4个亚家族。基因共线性分析表明苹果CCO基因间存在串联重复、片段重复和全基因组重复,它们在苹果CCO基因家族扩张中发挥了重要作用。在苹果全基因组内也鉴定出了10对苹果GATA旁系同源基因,深入分析显示它们大多经历了全基因组复制事件。在苹果和拟南芥基因组之间分别鉴定出了24对CCO直系同源基因对和18对GATA直系同源基因对。由于直系同源基因之间具有相似的生物学功能,它的识别对于分析苹果CCO和GATA基因的系统进化以及预测它们的潜在功能至关重要。3.苹果CCO基因和GATA基因组织特异性表达模式分析。通过微阵列基因表达数据和qRT-PCR技术分析苹果CCO和GATA基因在不同组织中的表达情况,发现苹果CCO和GATA基因在不同组织中呈现出多样的时空表达模式,证明这些基因在不同组织器官的不同发育阶段发挥多样的功能。4.苹果CCO基因能够响应不同的激素处理。大多数MdCCO基因的表达可以受到不同激素处理的显著诱导,暗示他们可能参与激素介导的苹果生长发育或对各种非生物胁迫的响应。5.各种非生物胁迫下苹果的生理响应及CCO和GATA基因表达模式分析。将21日龄的苹果组培苗暗培养7天,然后检测组培苗的叶绿素含量发现,相对于对照组,实验组幼苗的叶绿素含量略有下降。在干旱和盐胁迫下,苹果盆栽苗叶片的净光合速率、蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度等生理指标显著下降,而气孔密度则显著增大。暗胁迫下MdGATA7、MdGATA18、MdGATA32和MdGATA34的表达被显著诱导,干旱或盐胁迫下,MdCCD7b和MdCCD-like-c基因的表达量也显著增高,表明这些基因在植物抗逆响应中发挥重要的作用。