摘要
大白菜（Brassicacampestrisssp.pekinensis,2n=20）是十字花科芸薹属重要的蔬菜作物，叶球是其重要的产品器官，叶球的大小、形态和结球的紧实度等与其商品质量密切相关。大白菜的叶球是经过长期人工驯化选择形成的性状，其形成与叶片卷曲及叶柄的直生长等密不可分。拟南芥、水稻、玉米等的研究表明，KAN（1-4）属于转录因子KANADI基因家族成员，参与叶片背腹极性建立且功能冗余。这些成员的突变或过量表达，都导致了叶片弯曲。我们前期的驯化选择分析发现，BrKAN2在结球白菜中受到强烈选择，暗示BrKAN2可能参与了大白菜的叶球形成。本研究主要对BrKAN2在大白菜叶球形成过程中的功能及分子机理进行了研究，取得了如下结果。这些结果不仅能为大白菜叶球形成机理解析奠定基础，而且能为白菜类蔬菜作物品质性状改良提供理论依据。 1.本研究首先对芸薹属白菜和甘蓝的KANADI基因家族成员鉴定及进化分析，结果显示KANADI基因家族包括4个成员，分别为KAN1-KAN4,其中KAN1与KAN2的进化关系最近；对拟南芥和白菜中的KAN2进行蛋白质序列和结构分析，发现AtKAN2、BrKAN2.1和BrKAN2.3的蛋白质序列相似性为91.7%-92.8%，这些蛋白均含有一个高度保守的MYB结构域和两个未命名的保守结构域。暗示两个BrKAN2与AtKAN2蛋白功能可能比较保守。 2.通过对两个BrKAN2启动子驱动GUS组织化学染色分析及大白菜不同时期不同部位的转录组分析发现，BrKAN2.1与BrKAN2.3表达存在明显分化。进一步对两个BrKAN2的启动子区域分析，发现这两个拷贝存在顺式作用元件种类和位置上的分化，而且具有响应生长素、乙烯、赤霉素等激素和光照的响应元件，暗示其可能参与了激素和光照的响应。 3.通过在拟南芥中过量表达BrKAN2分析发现，过量表达BrKAN2.1与BrKAN2.3都导致拟南芥叶片数目增多、叶长和叶宽变小叶片夹角变小，叶片向下卷曲等表型。进一步对524份白菜自然群体材料的重测序数据分析，发现了BrKAN2.1基因存在一个InDel突变和一个较大的结构变异，而且这两个变异位点在结球白菜中都受到了强烈选择。这些结果表明BrKAN2.1可能参与了白菜的叶球形成。 4.通过对大白菜BrKAN2.1的DAP-seq及莲座期、结球期的ATAC-seq的联合分析，鉴定出一组BrKAN2.1的下游调控基因。这些基因主要涉及生长素、乙烯、脱落酸等激素的合成转导途径（如ARF5、ARF6、AP2、ERF13、RAS1等）、叶片形态发育和背腹极性（如KAN1、YAB5、REV）等调控途径。进一步利用VIGS技术对白菜的BrKAN2进行沉默并对预测的下游调控靶基因进行验证，发现白菜BrKAN2沉默单株中ARF5、ERF13、KAN1的表达量显著上升，证实这些基因确实受到了BrKAN2的调控。这些结果表明，BrKAN2可能是通过调控与叶片形态发育和叶片背腹极性建立相关的转录因子以及与生长素、乙烯、脱落酸等植物激素相关的基因来参与白菜叶球的形成。
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