青蒿素是从传统中草药植物青蒿中提取的一种倍半萜内酯化合物,以青蒿素为基础的联合疗法被世界卫生组织推荐为治疗疟疾的最佳方案。目前,青蒿是青蒿素的唯一植物来源,但是,青蒿中青蒿素含量很低,利用植物代谢工程策略提高青蒿中青蒿素的含量,对于改良青蒿品种具有重要意义。植物激素(茉莉酸)和环境因子(光照)都可以显著提高青蒿素的含量,而且茉莉酸对青蒿素生物合成的促进依赖于光照。然而,茉莉酸与光照互作调控青蒿素生物合成的分子机理尚不清楚,而且光照促进青蒿素生物合成的分子机理也未被研究。为了揭示上述科学问题,本论文进行了如下研究:1、光照和茉莉酸诱导的青蒿转录组测序分析本研究发现茉莉酸甲酯(茉莉酸类似物)促进青蒿素生物合成基因的表达依赖于光照条件,因此,选取了4个处理的青蒿幼苗材料,即:24小时连续光照(Light)、24小时黑暗处理(Dark)、光照中茉莉酸甲酯处理4小时(Light-MeJA-4h)和黑暗中茉莉酸甲酯处理4小时(Dark-MeJA-4h),用Illumina Hiseq 4000测序系统对其进行转录组测序,共产生2.667亿条序列的测序数据,组装成185,653条unigenes,平均长度537 bp。利用5个公共数据库,共有59,490条unigenes可以被注释和功能分类。此外,转录因子分析显示,1,588个转录因子被分为55个转录因子家族,其中284个转录因子的表达水平在Dark中相对于Light中下调,96个转录因子的表达水平在Light-MeJA-4h中相对于Light中上调。通过筛选差异表达的转录因子,共有8个候选基因可能调控青蒿素的生物合成,双荧光素酶报告检测实验证实了其中的1个MYB转录因子可以正调控青蒿素的生物合成。本研究为快速筛选调控青蒿素生物合成的转录因子提供了一种可行的思路,为进一步探索光照和茉莉酸促进青蒿素生物合成的转录调控机制提供了宝贵的数据资源。2、青蒿AaHY5调控光诱导青蒿素的生物合成AaHY5属于bZIP(basic Leucine Zipper)转录因子家族,在青蒿光暗转录组测序发现,AaHY5的表达水平与青蒿素生物合成基因一样,在黑暗中的表达水平比光照条件下显著性降低。AaHY5可以恢复拟南芥hy5突变体的表型,而且AaHY5可以与青蒿中的E3泛素连接酶AaCOP1发生蛋白相互作用。此外,AaHY5与青蒿素生物合成基因在青蒿中的组织表达模式也是类似的;通过AaHY5的过量表达和RNAi转基因青蒿的比较研究,发现AaHY5是参与青蒿素生物合成的正调控因子。最后,利用酵母单杂交和双荧光素酶报告检测实验发现,AaHY5可以直接调控青蒿分泌型腺毛特异表达的AaGSW1转录因子,从而间接调控分泌型腺毛中青蒿素的生物合成。因此,本研究阐明了青蒿中光信号转导途径的核心调控因子AaHY5调控光诱导青蒿素生物合成的分子机制。