芥子油苷是一种存在于十字花科植物中的重要次生代谢产物,广泛存在于模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和芸薹属蔬菜中。芥子油苷本身通常不具有显著的生物活性,在遭受外界生物胁迫,如动物的啃噬或病原菌的侵染及其他形式的机械损伤时,芥子油苷会在黑芥子酶的降解作用下发生一系列化学反应,将硫原子与葡萄糖之间的糖苷键断开,从而产生具有多种生物活性的的降解产物。某些芥子油苷的降解产物如异硫代氰酸盐等对于人类具有抗癌活性,可以有效抑制肿瘤细胞的繁殖。对于植物而言,异硫代氰酸盐具有防御作用,可以防御草食动物和病原菌的侵袭等,并且可以作为信号分子启动植物的防御反应。因此对芥子油苷降解的相关研究广受关注。研究表明在未受到机械损伤的拟南芥完整组织中,缺硫的情况下也存在芥子油苷的降解,但在完整组织中催化芥子油苷降解的酶目前尚不十分明确。拟南芥在缺硫的条件下,β-糖苷水解酶基因PYK10与BGLU28的表达量上升,结合生物信息学分析结果,我们推测PYK10与BGLU28可能在缺硫的情况下参与拟南芥完整组织中芥子油苷的的降解。为了验证这一假设,我们以拟南芥pyk10-1与bglu28作为实验材料,对拟南芥PYK10与BGLU28进行了初步的功能验证,并通过实时定量RT-PCR的方法对PYK10与BGLU28空间表达模式及对多种不同激素和逆境胁迫的响应模式进行了系统分析,为深入探讨PYK10与BGLU28在芥子油苷代谢中的作用以及在胁迫反应中的功能奠定了基础。本论文主要研究结果如下:1.拟南芥PYK10与BGLU28组织定位分析通过实时定量RT-PCR方法对拟南芥PYK10与BGLU28的组织定位进行分析,结果表明PYK10在幼根、幼叶以及成熟根中表达。BGLU28在幼根、幼叶、成熟根、花序以及角果中表达。2.拟南芥PYK10与BGLU28对多种激素及逆境胁迫的响应通过实时定量RT-PCR方法对PYK10与BGLU28在受到外源激素和外界胁迫时的表达模式进行分析,结果表明PYK10和BGLU28受到水杨酸(salicylic acid,SA)、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)、赤霉素(gibberellin acid,GA)以及1-氨基-1-环丙烷甲酸乙烯(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid,ACC)的强烈诱导,表达量显著增强。在经过缺硫、Flagelin 22(一种细菌鞭毛蛋白,N端具有22个氨基酸的多肽,flg22),以及UV(紫外线)等逆境胁迫处理后,PYK10的表达量显著提高,缺硫和NaCl处理会显著提高BGLU28的表达。3.拟南芥PYK10与BGLU28功能鉴定对拟南芥pyk10-1和bglu28幼苗中芥子油苷含量及相关表型的分析,证明PYK10具有黑芥子酶活性,可催化拟南芥完整组织中吲哚族芥子油苷的降解,并且在病原菌介导的吲哚族芥子油苷与生长素合成交叉的途径中起作用,对于依赖吲哚-3-乙醛肟(IAOx)的生长素合成途径具有正向反馈调控作用。BGLU28的缺失不影响芥子油苷含量的变化,一种可能是BGLU28不具有黑芥子酶活性,另一种可能是其功能可能与其他黑芥子酶存在冗余,因而没有明显的表型。此外,拟南芥pyk10-1和bglu28幼苗主根较短,表明PYK10与BGLU28均影响根的发育,但两种突变体中生长素合成关键基因表达水平无明显差异,因此它们对根发育的影响可能不是通过生长素途径实现的。