生长素(IAA/indole-3-acetic acid)作为植物重要的内源激素之一,广泛参与植物生长和发育的诸多过程,如根系形态建成、营养器官及生殖器官发育、维管束组织的形成和分化,应激反应和顶端优势等。生长素在植物中的功能实现需要依赖于其在植物体内的极性运输和浓度的动态平衡。植物GH3家族被证实能够参与植物体内激素的动态平衡通过调节,参与调控植物的生长发育过程。在植物中GH3基因家族可以分为三个亚家族(Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ),其中第二亚家族的部分成员被证实能够响应外源生长素诱导,主要编码生长素氨酰化合成酶,负责催化生长素与部分氨基酸结合,从而调节植物体内自由态(活性)生长素的动态平衡。目前对于GH3第一亚家族和第三亚家族成员的研究相对较少,部分基因被发现不能响应外源生长素诱导。迄今为止,对植物GH3家族的研究主要集中在拟南芥和水稻等模式植物中,而对于其它植物中GH3基因的表达模式和功能研究还相对较少。在本文中我们通过全基因搜索的方法,在茄科模式植物番茄的基因组中鉴定到15个GH3家族基因SlGH.1-15,其中6个成员(SlGH3.2、SlGH3.3、SlGH3.4、SlGH3.7、SlGH3.9和SlGH3.15))属于GH3第二亚家族。生物信息学分析显示,这6个GH3的基因序列和基因结构之间相对比较保守,且存在着染色体共线性关系。进化分析还显示SlGH3.2与拟南芥AtGH3.1的进化关系较近。我们在此基础上采用荧光定量表达分析的方法对这些基因的组织表达特征以及对外源IAA、养分胁迫(低磷、低钾)和高盐胁迫下的响应特征进行了分析,并通过将SlGH3.2转入到水稻中进行了功能分析。主要研究结果如下:1.采用荧光定量RT-PCR对番茄GH3家族中6个第二亚家族成员的组织表达模式进行了分析。研究结果显示,在正常培养条件下,SlGH3.2主要在根、花和成熟的果实中表达,在叶片中仅有微弱的表达,而在茎和未成熟的果实中几乎都不表达;SlGH3.3和SlGH3.4在所有检测的组织中几乎都不表达;SlGH3.7、SlGH3.99和SlGH3.1在所有的组织中都有不同程度的表达。相比较而言,SlGH3.2在根中的表达量要高于其它5个SlGH3同源基因。2.通过外源施加IAA的方法研究了6个SlGH3基因响应IAA的表达模式。研究结果显示,在外源IAA处理6个小时后,所有这6个SlGH3基因都能够显著响应外源IAA诱导上调表达,其中SlGH3.2和SlGH3.4在IAA处理的根系中表达最为强烈。3.对6个SlGH3基因响应缺磷、缺钾以及高盐胁迫处理的表达模式分析显示,SlGH3.2在缺磷处理的根系中表达水平被显著上调。对IAA处理和低磷处理植株中的生长素和磷浓度测定结果表明,与对照相比,IAA处理能够显著提高番茄植株根系和地上部的磷浓度,但低磷处理并没有显著增加IAA在根系中的积累。此外,IAA处理和低磷处理都能够显著提高番茄根系的侧根发育,暗示了SlGH3.2响应缺磷诱导与缺磷胁迫条件下侧根的增加有一定的相关性。4.在水稻中超表达SlGH3.2的研究结果发现,SlGH3.2在水稻中的表达强度与水稻中两个生长素诱导相关的Expansin基因(Exp5和Exp10)的表达水平呈负相关。转基因水稻与野生型相比明显矮化,结实率极低,且种子大小显著变小。5.对野生型和转基因水稻植株中IAA和全磷含量测定发现,在水稻中超表达SlGH3.2能够显著降低转基因水稻根系和叶片中的IAA浓度;与野生型植株相比,转基因水稻的叶片中磷浓度显著增加,但根系中的磷浓度没有显著差异。