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玫瑰(Rosa rugosa Thunb.)是世界上重要的观赏和经济兼用植物,由其花朵提取的玫瑰精油香气浓郁,保健价值高,被称为“液体黄金”,但玫瑰的含油率低,仅为万分之三左右,弄清玫瑰精油合成的生理与分子机制,进而通过基因工程手段提高玫瑰精油的含量与品质,具有重要的理论意义和实践价值。花朵是许多植物产生精油的器官,而分泌表皮细胞或油细胞是植物挥发油合成的主要场所,花器官的大小尤其是表皮分泌细胞的数量和大小直接影响着精油的产量。本文以我国玫瑰主栽品种’平阴一号’为试材,研究了玫瑰分泌表皮细胞的发育过程、玫瑰精油合成的场所、积累、运输和分泌的途径;克隆了与玫瑰花器官细胞增殖相关的基因RrANT和RrAIL6,并在模式植物矮牵牛中进行功能验证;建立并优化了玫瑰遗传转化体系,将调控玫瑰主要香气合成的关键基因RrNUDX1同源转化玫瑰验证其功能。旨在为后续深入开展玫瑰精油主要芳香成分的生理或分子调控提供理论依据,为培育高含油量的玫瑰新品种、促进我国玫瑰产业的发展奠定基础。主要研究结果如下:(1)初步探明了玫瑰的泌油机制。采用超薄切片结合透射电镜观察,发现玫瑰精油的合成有两条途径:一是在质体中合成;二是由淀粉粒转化而来。后内质网对一部分嗜锇油进行初步加工,经高尔基体囊泡进行转运和再加工,线粒体为其提供能量,中央大液泡提供存储空间。嗜锇油通过细胞质膜的方式有两种:一种是直接穿过断裂的质膜,一种是以胞吐的方式穿过质膜。(2)克隆了调控玫瑰花器官大小的编码基因RrANT和RrAIL6。以大花蕾期的’平阴一号’玫瑰为试材,采用RACE法,克隆获得了调控细胞增殖通路上的编码基因RrANT和RrAIL6的cDNA全长序列。其中RrANT基因全长2571bp,具有完整的开放阅读框(1971bp),共编码657个氨基酸,基因登录号为MF802281;RrAIL6基因全长1922bp,具有完整的开放阅读框(1644bp),共编码548个氨基酸,基因登录号为MK609564。(3)研究了RrANT和RrAIL6基因的时空表达规律。荧光定量PCR检测发现,RrANT和RrAIL基因在玫瑰各器官不同发育时期的表达趋势基本相同。在器官发育早期表达量很高,在器官成熟及衰老期中表达量微弱。这可能是由于在发育早期RrANT和RrAIL6基因的高表达能促进细胞分裂;而在发育后期,细胞由增殖生长转变为扩张生长,故RrANT和RrAIL6基因的表达量较低。在盛开期花器官的不同部位中,RrANT和RrAIL6基因的表达模式不同,RrANT在花托中表达量最高,其次是花柄和花萼,在雄蕊、雌蕊中表达量微弱。RrAIL6在雄蕊中的表达量最高,其次是在花托、雌蕊和花萼,在花瓣和花柄中微量表达。亚细胞定位实验结果表明,ANT蛋白在细胞核区域表达。(4)构建了玫瑰RrANT和RrAIL6基因的超表达载体并验证了其功能。成功构建了pCAMBIA1304-RrANT和pCAMBIA1304-RrAIL6的超表达载体,采用农杆菌介导的叶盘转化法转入矮牵牛,经GUS染色、PCR检测,获得了转基因植株。表型观测发现,过表达玫瑰RrANT基因导致矮牵牛花朵和叶片均显著增大,同时增加了花朵的鲜重。;转RrAIL6基因的矮牵牛植株目前尚未开花,表型观测有待后续进行。(5)对以体细胞胚为转化受体的玫瑰遗传转化体系进行了优化,确定了生根培养基的最佳浓度为1mg/L IBA;确定了农杆菌EHA105菌株侵染体细胞胚时的最佳OD600值与最适宜侵染时间分别为0.3和40min;确定了体细胞胚从增殖到生根4个不同阶段所需的Hyg抗性筛选浓度。同时将与玫瑰精油单萜类香气成分合成密切相关的RrNUDX1基因转入了玫瑰,获得了转基因植株。