摘要
油菜素内酯(Brassinosteroid，BR)是一种甾醇类植物激素，在植物的胚胎发育、维管系统分化、细胞分裂、植物抗逆性等方面具有重要调节作用。BAS1(ph yB activation-tagged suppressor1)基因编码一种含细胞色素P450的单加氧酶CYP72B1，能催化油菜素内酯第26位C的羟化反应使羟化后的油菜素内酯生物活性降低，是一个重要的油菜素内酯失活基因。本研究对过表达AtBAS1基因的增高型(BAS1-High)和矮化型(BAS1-Dwarf)杨树进行切片观察，分析内源油菜素内酯对杨树维管系统发育的作用。添加油菜素内酯(BR)和油菜素内酯生物合成抑制剂(Brz)，再次验证外源油菜素内酯对杨树维管系统发育的影响。并结合基因表达水平及转录组分析探讨油菜素内酯对杨树维管发育的作用机制，得到以下结果： 1.油菜素内酯对杨树维管发育的影响 BAS1-High与对照相比：髓细胞直径增大83%，细胞数量无明显差异，髓部面积增加203%；初生木质部细胞层数增加两层，木质部细胞数量增加38%，木质部细胞直径增大50%，面积增大177%；韧皮部细胞数量增加50%，细胞直径无明显差异，面积增大120%；木质部导管细胞数量增加111%，细胞直径增大77%； BAS1-Dwarf与对照相比：髓细胞直径减小45%，细胞数量减少56%，髓部面积减少247%；初生木质部细胞层数增加8层，细胞数量增加111%，直径增大27%，面积增大135%；韧皮部细胞数量减少45%，细胞直径无明显差异，韧皮部面积减小45%；木质部导管细胞数量增加57%，细胞直径增大25%。。 2.外源油菜素内酯对杨树茎维管发育的影响 不同浓度的油菜素内酯能在不同程度上促进杨树幼苗的生长，对根的生长也有促进作用，侧根增加。而油菜素内酯合成抑制剂(Brz)则抑制了幼苗的生长，根的生长受到抑制。 外源添加油菜素内酯的杨树与对照相比：髓部细胞直径增大80%，细胞数量无明显差异，髓部面积增大170%；初生木质部细胞层数增加3层，细胞数量增加48.9%，细胞直径增大30.3%，面积增大154%。初生韧皮部细胞数量增加65.5%，细胞直径增加但不显著，韧皮部面积增大103%；木质部导管细胞直径增大67%，数量增加但不显著。 外源油菜素内酯合成抑制剂的杨树与对照相比：髓部细胞直径减小49%，数量无较大差异，髓部面积减小136%；初生木质部细胞层数无明显差异，木质部细胞直径减小25.7%，数量略减少，木质部面积减小50%；初生韧皮部细胞数量无明显差异，细胞直径减小24.3%，面积减小但无显著差异；木质部导管数量增加80%，细胞直径无显著差异。 3.与生长发育相关的基因在杨树茎中的表达量分析 与对照相比，油菜素内酯合成相关的基因CYP90C1和CYP90A1、CYP85A2在各实验组的表达量均有不同程度的上调，在Brz中的表达量低于BR和BAS1-High，CYP724B1基因表达均下调；油菜素内酯主要感知受体BRI1在BR和BAS1-High中表达上调，在Brz和BAS1-Dwarf中的表达无显著差异；调控细胞分裂和伸长基因在BR和BAS1-High中表达上调，在Brz和BAS1-Dwarf中表达下调；木质部发育相关NAC转录因子NAC1和NAC104在BR和BAS1-High中表达均显著上调，在Brz和BAS1-Dwarf中表达上调较小。 4.基于转录组分析油菜素内酯对杨树的激素代谢及发育调控的结果 利用RNA-Seq测序比较转AtBAS1基因杨树和对照的基因表达差异：增高型和矮化型与对照分别有2701和738个显著差异基因(DEG)。对差异显著基因进行GO富集，按细胞组分、分子功能及生物学过程分类。生物学过程富集较多的有生物合成、细胞蛋白修饰过程和细胞氮化合物代谢过程。细胞组分中富集较多的有蛋白复合物、核和细胞支架。分子功能中富集较多的有离子结合、氧化还原酶活性和激酶活性。KEGG代谢通路分析结果显示，差异基因均主要富集在植物激素信号转导、碳代谢以及淀粉和蔗糖代谢三大途径。植物激素信号转导途径通路差异基因(Unigenes)筛选结果显示，生长素相关的Unigenes12个，油菜素内酯相关的Unigenes9个，细胞分裂素相关的Unigenes11个。初步筛选出MYB转录因子：MYB3、MYB73，激素相关基因IAA3、ARF19、CRF1等与植物激素和杨树维管发育相关的基因。
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