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腺毛是存在于高等陆生植物表皮的单细胞或多细胞的特殊毛状结构,由表皮细胞特化而来。它们主要分为两大类:分泌型腺毛与非分泌型腺毛。其中分泌型腺毛可以合成、储存或分泌大量的植物次生代谢产物,因此分泌型腺毛被誉为自然界生产高价值化合物的“生物工厂”,然而目前调控分泌型腺毛发育的分子机理仍知之甚少。青蒿(Artemisia annua L.)是我国传统中草药,因其能合成用于治疗疟疾的特效成分青蒿素(artemisinin)而闻名全球。青蒿叶片表面有两种外形上非常容易区分的腺毛:一种是特异性合成和储存青蒿素的盾状分泌型腺毛,另一种为T型非分泌型腺毛。目前青蒿的遗传转化体系已经非常成熟,并且其基因组测序已经完成。茉莉酸处理能显著提高青蒿叶片表面的分泌型腺毛密度从而提高青蒿素的含量。因此本研究选择青蒿作为主要研究对象,以茉莉酸信号途径为切入点,利用生物信息分析、酵母双杂交筛库、基因表达分析、亚细胞定位、GUS染色、酵母单杂(Y1H)、双分子荧光互补(BiFC)、免疫共沉淀(Co-IP)、转基因青蒿验证功能以及双荧光素酶报告基因检测(Dual-LUC)等多种方法开展工作,获得以下研究结果:一、克隆并鉴定了青蒿中HD-ZIP IV转录因子亚家族的基因AaHD1,其功能受到茉莉酸在转录水平以及蛋白水平上的共同调控,可以正向调控青蒿叶片表面分泌型腺毛的早期发育。茉莉酸信号通路在不同的植物中非常保守,它主要通过控制抑制蛋白JAZ与相应的转录因子蛋白的结合和释放来发挥作用。本研究利用青蒿中的AaJAZ蛋白进行酵母双杂交筛库,获得了多个与AaJAZ8互作的转录因子。其中AaHD1属于HD-ZIP IV亚家族转录因子,而该家族转录因子在多种植物中被广泛报道参与腺毛发育的调控,因此选择AaHD1进行进一步的研究。不同组织部位表达分析、不同叶序表达分析,启动子GUS实验及激素处理实验表明AaHD1的表达模式与青蒿分泌型腺毛的发育模式高度吻合。在AaHD1过表达植株中,青蒿叶片表面分泌型和非分泌型腺毛密度均显著提高,同时青蒿素含量也显著提高;在AaHD1 RNAi抑制表达植株中两种腺毛密度均显著降低,且青蒿素含量也显著降低;对转基因植株两种腺毛的形态进行分析发现,它们与野生型没有明显的区别,这表明AaHD1可同时参与青蒿分泌型与非分泌型腺毛早期起始发育的调控,而并不影响它们后期的形态发育。茉莉酸甲酯长期处理AaHD1 RNAi抑制表达植株发现,其分泌型腺毛密度增加的百分比显著低于野生型植株,这说明AaHD1是茉莉酸信号通路参与调控分泌型腺毛发育的一个重要因子。Dual-LUC实验表明AaJAZ8能够显著抑制AaHD1蛋白的转录激活活性。本研究揭示了茉莉酸通过调控AaHD来促进的分泌型腺毛起始发育机制,并提出其调控模型。二、克隆并鉴定了青蒿中HD-ZIP IV转录因子亚家族的基因AaHD8的功能,发现其可通过与AaMIXTA1互作来调控AaHD1的转录从而调控青蒿分泌型腺毛的发育。AaHD1启动子中含有多达6个受到HD-ZIP IV亚家族蛋白识别并结合的顺式作用元件L1-box,因此本研究通过酵母单杂交与Dual-LUC激活实验来筛选青蒿中调控AaHD1基因表达的转录因子。研究发现AaHD8可以结合并显著提高AaHD1启动子的活性。AaHD8 RNAi抑制表达植株中AaHD1的表达量显著降低,其叶片表面的分泌型腺毛与非分泌型腺毛密度均显著降低,青蒿素含量也显著降低。而AaHD8过量表达植株中AaHD1的表达量显著提高,其叶片表面的两种腺毛密度均显著增加,青蒿素含量也显著提高。此外在AaHD1的过量表达及RNAi抑制植株中AaHD8的表达未有明显变化,以上结果说明AaHD8很可能在调控青蒿叶片腺毛的起始发育的过程中位于AaHD1的上游。通过酵母双杂交筛库发现AaHD8蛋白可与青蒿MIXTA-like类转录因子AaMIXTA1互作。AaMIXTA1已经被证明是青蒿分泌型腺毛起始的促进因子,因此AaHD8很可能与AaMIXTA1协同作用来调控分泌型腺毛的起始发育。Dual-LUC实验表明AaHD8与AaMIXTA1共同存在时会产生非常显著的叠加效应。本研究揭示了AaHD8与AaMIXTA1通过形成HD ZIP IV/MIXTA复合体来调控AaHD1的表达从而促进青蒿分泌型腺毛的起始发育的分子机制。