植物激素在植株生长发育过程中发挥重要作用,对植物生长、发育、衰老、休眠以及抗逆性都具有重要的影响。油菜素甾醇是最近新确认的植物激素,被称为继生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、乙烯之后的第六大植物激素,广泛参与植物细胞伸长、维管分化、根生长、光反应、抗逆、衰老等方面的调控。油菜素甾醇(BR)通过复杂的平行和交互代谢网络代谢途径,将植物甾醇前体成分转变为生物活性的甾酮以及油菜素内酯。拟南芥DWF4基因编码一个P450细胞色素氧化酶,催化BR的C-22羟基化反应。该反应是油菜素甾醇生物合成途径中的限速步骤,决定最终BR的合成数量。芥菜(Brassica juncea Coss.)是重要的十字花科蔬菜作物,在我国西南地区及长江流域拥有广泛的栽培面积。本论文拟在茎用芥菜中超量表达来自拟南芥的DWF4基因,研究DWF4基因对芥菜植株生长发育以及植株抗寒能力的影响,实现芥菜生物产量、种子产量以及抗寒性能力的提高。获得的主要研究结果如下:1、DWF4转基因芥菜的获得通过农杆菌介导法,将表达载体pCABarDWF4转化芥菜,经含8 mg/L草丁膦(PPT)筛选培养基多次筛选,获得了pCABarDWF4转基因芥菜植株。转基因植株PCR鉴定结果DWF4目的基因已被成功整合到芥菜基因组中。2、pCABarDWF4转基因植株除草剂抗性以及DWF4基因的表达分析pCABarDWF4转基因芥菜后代和非转基因野生型芥菜,在苗期分别使用500mg/L浓度的PPT进行处理,结果显示,转基因植株后代具有明显的抗除草剂能力。除草剂抗性植株进行DWF4基因的表达分析,结果显示DWF4基因在不同转基因植株中的表达各有差异,其中在D2、D3植株中表达水平较高。3、T2代pCABarDWF4转基因芥菜苗期光照、黑暗条件下生长情况获得的转基因植株苗期在光照和黑暗处理条件下的下胚轴长和根长都不同程度高于对照野生型,说明dwf4基因超表达后可以促进转基因植株苗期的生长发育。4、t2代pcabardwf4转基因芥菜苗期br抑制剂pcz处理pcabardwf4转基因芥菜种子置于50μmolpcz(油菜素内酯抑制剂)处理后,其根长和下胚轴长度均明显高于对照野生型,表明转基因植株抗pcz抑制生长效果更好,也进一步说明dwf4基因在植物细胞中的表达可提高油菜素内酯合成和积累。5、t2代pcabardwf4转基因芥菜植株生长发育情况和结荚、结种数调查pcabardwf4转基因芥菜植株生长迅速,生长势旺盛,其叶、花等器官都大于对照野生型。转基因植株成长过程中,其株高、开展度、最大叶宽、最大叶长都显著高于野生型。转基因植株抽薹时间和开花时间提前。pcabardwf4转基因芥菜植株与野生型植株相比,结荚枝更长,分枝变多,结荚数增多,种荚率变高,结种数增加。6、br生物合成结构基因以及转录调控基因的表达分析分别对转基因植株br生物合成结构基因以及转录调控相关基因的表达情况进行了分析。结果显示转基因植株中除cpd基因表达量出现明显下调外,det2、rot3和cyp85a2基因表达量均较对照野生型出现明显的上调表达。而针对br生物合成转录调控基因的表达分析显示,除bas1基因外,其余的bak1(bri1)、bes1、bzr1、bin2和bsks基因表达量均高于对照野生型。上述结果显示超表达dwf4基因后影响了br生物合成途径中相关结构基因以及转录调控基因的表达,导致內源br水平提高而促进植株生长发育以及结籽数量的增加。7、t2代pcabardwf4转基因芥菜苗期生长素相关基因rt-pcr分析和生长素抑制剂tiba处理在dwf4转基因芥菜植株中,生长素合成基因arf2和arf7基因表达水平相对野生型出现明显上升。转基因芥菜种子置于5μmoltiba(生长素抑制剂)处理后,转基因植株根以及下胚轴生长受到抑制程度远低于野生型对照,说明dwf4基因超表达后导致细胞内源br积累水平上升,促进参內源生长素的合成,导致转基因植株受生长素抑制剂tiba的影响降低。8、t2代pcabardwf4转基因芥菜植株的抗寒性分析在6℃低温下,t2代pcabardwf4转基因芥菜苗期根和下胚轴的生长均明显高于野生型。将转基因植株置于4℃低温处理后,转基因植株相对电导率明显低于野生型,而脯氨酸积累量则明显高于对照野生型,且处理后的转基因植株比野生型植株恢复生长更快。显示超表达dwf4基因具有明显促进植株抗寒的作用。进一步针对转基因植株抗寒相关基因的表达分析显示:CBF1-3,ICE1,HOS1,SIZ1,MAPK3,KIN1等抗寒相关基因表达量都高于野生型。