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苎麻是世界上重要的纤维作物,也是我国进出口贸易中较为重要的原材料作物。随着规模化栽培的土地环境变化,非生物胁迫因素对苎麻生长的影响愈发显著。利用分子育种技术提高苎麻抗逆性、改良纤维品质一直是苎麻遗传育种的重要方向,然而,植株形态建成、光合作用等方向基因功能的研究还处在探索阶段。光合作用是生物获取能量的重要生命过程,捕获和传递光能是植物能量利用的开端。在高等植物中Lhc家族基因在光形态建成及响应胁迫维持植物生命体运转中有着不可或缺的作用,其编码的Lhc蛋白是光能吸收传递的天线蛋白。苎麻生长迅速,一般一年可收获三季,且环境适应性强,这与其较高的同化效率密切相关。本研究以苎麻品种“华苎5号”为材料,以本实验室前期建立的3个转录组数据库为基础,鉴定得到苎麻Lhc基因,对其表达模式进行探究,为发掘并解析苎麻捕光蛋白及绿色组织特异相关基因奠定基础。主要结果如下:(1)从3个转录组数据库中筛选鉴定得到了14个苎麻Lhc基因CDS,Lhca和Lhcb两个基因家族各包含6个和8个。并克隆得到基因编码区(5’端ATG起始至终止密码子)全长,分析了基因内含子-外显子分布。分别将两个家族成员与拟南芥、杨树和桑树的对应氨基酸序列进行聚类分析,发现苎麻Lhca和Lhcb基因分别包括5个和7个亚族,依据分类进行命名(BnLhca1、BnLhca2.1、BnLhca2.2、BnLhca3、BnLhca4和BnLhca5;BnLhcb1.1、BnLhcb1.2、BnLhcb2、BnLhcb3、BnLhcb4、BnLhcb5、BnLhcb6和BnLhcb7),以华苎5号为模板,克隆得到基因全长序列,分析基因结构特征,并开展后续分析。(2)对BnLhca和BnLhcb蛋白氨基酸序列进行转运肽、跨膜结构域及保守结构域等生物信息分析,得到14个Motif元件,其中,Motif1、Motif5、Motif7和Motif8为BnLhcb蛋白序列的保守结构域,有11个基因N端具有明显的叶绿体转运肽;分布在不同亚族中的其余Motif元件则发挥着各自的功能,还对蛋白质理化性质、亚细胞定位及三级结构进行了预测。将所有Lhc基因在基因组草图数据库中比对确认,分析预测了14个基因ATG上游5’非编码区(2000 bp左右)的区域,确定启动子位置范围,得到光响应元件等顺式作用元件分布情况。(3)通过qRT-PCR探究了苎麻Lhc基因在苎麻不同部位、昼夜周期内的表达模式。首先研究了苎麻中Lhca和Lhcb两个基因家族在叶片、茎(嫩梢和成熟茎)和根等不同部位的表达情况,发现所有基因在绿色组织(叶片和嫩梢)中的相对表达量最高,而在根和成熟茎中相对表达量微弱。在模拟昼夜光暗周期(16 h光照/8 h黑暗)的实验中,发现在白天相对表达量明显高于夜晚,且随时间推移在24 h内呈明显的钟形曲线分布。(4)根据时空表达模式,对白天苎麻叶片中Lhc基因在不同非生物胁迫下的表达情况进行探究。发现BnLhca和BnLhcb家族的基因的表达受高温、低温、干旱和高盐胁迫的影响显著。BnLhca在4种胁迫条件下,表达量均下调;BnLhcb1.2、BnLhcb2和BnLhcb3的表达量在低温胁迫下表达上调,但在其他胁迫下,其相对表达量均下降。(5)依据顺式作用元件信息和基因结构分析结果,分析了14个苎麻Lhc基因启动子区域顺式作用元件,发现其上均分布了保守元件AAGAA-motif、TATA-box、CAAT-box和GATA-box以及光应答、干旱和低温相关的顺式元件。克隆苎麻BnLhcb1.1基因ATG上游1634 bp DNA序列(BnLhcb1.1pro-1634)以及3个不同长度的截短片段(BnLhcb1.1pro-1159、BnLhcb1.1pro-855和BnLhcb1.1pro-344),转入拟南芥中验证了不同株系幼苗期GUS组织化学染色结果,发现在各株系幼苗发芽后第4 d开始表现出子叶特异表达特性,截短至344 bp仍可驱动GUS报告基因在4 d-10 d的生长过程中在子叶和真叶中稳定表达。