摘要
北方白菜型冬油菜具有优异抗寒性，是我国北方寒区唯一可越冬的冬油菜类型，研究发现，生长缓慢，根系发达，生长锥凹、苗期匍匐生长等植物学性状与抗寒密切相关。大量试验结果表明，生长锥表现为凹陷的品种抗寒性远远强于生长锥凸起的品种，由此推测抗寒性不同的品种的生长锥形态特征的调控机制可能存在差异。本研究挑选与生长锥调控相关且与实验室转录组数据比较差异显著的6个基因，定量分析其在不同抗寒性白菜型冬油菜生长锥中的表达量差异，筛选出两个差异显著的基因进行功能分析，主要研究结果如下： 1.筛选出STM与CUC2两个与生长锥形态相关的基因，其中，STM在抗寒性强、生长锥凹陷的品种中相对表达量低于抗寒性弱、生长锥凸起的品种，而CUC2基因相对表达量与STM基因相反，在抗寒性强、生长锥凹陷生长的品种中相对表达量高于抗寒性差、生长锥凸起生长的品种。 2.克隆获得长度分别为1554bp和1104bp的STM和CUC2基因。低温胁迫后，STM和CUC2基因上调表达，﹣4℃时达最高值。不同品种间STM和CUC2基因相对表达存在显著差异，STM基因在生长锥凸起的Lenox中相对表达量高于生长锥凹陷的陇油7号等品种，而CUC2基因相对表达量与STM基因恰好相反，即生长锥凸起的Lenox 中相对表达量低于生长锥凹陷的陇油7号品种。 3.STM和CUC2基因在生长锥中特异表达并参与低温胁迫应答。STM和CUC2基因在Lenox和陇油7号的茎、根、生长锥中较叶片均上调表达，在生长锥中相对表达量最高， STM基因在生长锥凸起的Lenox中表达量高于生长锥凹陷的陇油7号，而CUC2基因在生长锥凸起的Lenox中表达量低于生长锥凹陷的陇油7号。低温胁迫后，STM和CUC2基因的相对表达量在各组织间存在差异，在叶与根中先下调，后上调表达，茎与生长锥中均上调表达，-4℃时达最高值，其中STM基因在Lenox中较陇油7号上调更加明显，而CUC2基因变化趋势恰好相反。启动子功能分析表明STM和CUC2 基因均含有参与光响应、逆境胁迫、生长素应答、分生组织表达相关的多个顺式作用元件，其中STM还含有参与应激反应的顺式作用元件。GUS染色表明CUC2基因主要在植株幼苗的叶片边缘、茎部及生长锥部位表达。 4.转基因后功能分析结果表明，STM对生长锥生长的调控作用不显著，而CUC2基因抑制生长锥的生长，两者均受低温诱导表达。研究显示，野生型拟南芥在苗期叶片较STM过表达植株宽大，开花期与成熟期无显著差异，而CUC2过表达植株与其野生型植株在苗期无显著差异，开花期CUC2过表达植株生长发育缓慢，植株矮小，结实较晚，结实率低。低温处理后，STM过表达拟南芥存活率及SOD、POD、PRO等生理活性均优于野生型，﹣4℃处理24h后达最高值。CUC2过表达拟南芥的抗冻实验结果表明，-4℃处理后，12 h内CUC2过表达拟南芥抗寒性相关生理指标及存活率均优于野生型，但12h后野生型及过表达植株抗寒性及存活率无差异。 以上研究结果表明，STM与CUC2在白菜型冬油菜生长锥中高度表达并受低温诱导，其中STM基因通过促进白菜型冬油菜生长锥部位细胞的分裂来促进其生长，而CUC2作为植物生长的负调控因子，通过抑制生长锥部位细胞分裂来抑制生长锥生长，两者之间存在负反馈调节作用。
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