牡丹(Paeonia suffruticosa Andr.)是我国传统名花,其作为切花的商业价值早已得到国内外认可,但对其采后技术及相关应用基础的研究极为薄弱。花色是切花最重要的采后品质之一,花青素苷是高等植物中最重要的色素物质之一。对模式植物的研究不仅揭示了糖作为信号分子能与激素(如乙烯)互作,而且鉴定了己糖激酶(hexokinase,HXK)在葡萄糖信号中的关键作用。课题组前期研究表明:在牡丹切花衰老方面,葡萄糖通过依赖HXK的途径在多个位点与乙烯信号发生互作,进而削弱乙烯对切花衰老的影响;在牡丹切花花色方面,葡萄糖通过依赖HXK的途径上调花青素苷合成相关基因表达进而促进花青素苷合成,而乙烯抑制花青素苷合成,葡萄糖和乙烯复合处理则削弱乙烯的作用。因此,探究HXK在葡萄糖和乙烯调控花青素苷合成中的作用有助于进一步解析葡萄糖和乙烯信号间的互作关系、阐明葡萄糖和乙烯调控花青素苷合成的机制,为牡丹切花采后保色保鲜技术的开发奠定理论基础。本研究以牡丹乙烯敏感型品种’洛阳红’切花为试材,对HXK同源基因进行分离、生物信息学分析及表达分析,并将其转化野生型拟南芥以研究其功能。主要结果如下:(1)基于已构建的牡丹’洛阳红’(Paeonia suffruticosa Andr.’Luoyang Hong’)花瓣转录组数据库,分离得到1个HXK同源基因PsHKL1(hexokinase-like),结合课题组已分离的2个同源基因PsHXK1和PsHXK2,对三者进行生物信息学分析及表达模式分析。生物信息学分析表明:PsHXKs蛋白序列具有相似的结构域,均含有拟南芥AtHXKs中与糖结合等相关的保守结构;其中,PsHKL1在上述保守序列中存在多处氨基酸替换,而PsHXK1和PsHXK2与葡萄糖感受器AtHXK1序列一致性较高;据预测PsHXK1和PsHXK2均属于B型HXK(同AtHXK1);二者在系统进化树中与AtHXK1等聚为一支。因此,推测PsHXK1和PsHXK2可能具有信号转导功能。基因表达分析表明:随着切花开放,花瓣中PsHXKs基因表达量均呈先上升后下降的趋势,与课题组前期研究中花色红度(a*)和彩度(C*)以及花青素苷含量变化模式相似;外源葡萄糖提升PsHXK1和PsHXK2表达水平,但未促进PsHKL1表达;外源乙烯增加PsHXKs表达量,而乙烯作用抑制剂1-MCP(1-methylcyclopropene)处理下三者表达水平均低于乙烯处理。此外,PsHXK1表达对葡萄糖高度敏感,PsHXK2表达量虽较低,但对乙烯响应最敏感。基于葡萄糖和乙烯对牡丹切花花青素苷合成具有重要调控作用,故PsHXK1和PsHXK2在葡萄糖和乙烯信号调控花青素苷合成中的作用值得深入研究。(2)将PsHXKs基因转化拟南芥以研究其功能。总体上,与野生型相比,PsHXKs转基因植株在根长表型、花青素苷含量、花青素苷合成相关基因表达以及乙烯生物合成及信号转导相关基因表达方面均更加敏感地响应葡萄糖处理和ACC处理。在葡萄糖和ACC复合处理下,PsHXKs转基因植株花青素苷含量及绝大多数花青素苷合成相关基因表达量均显著低于葡萄糖单独处理,负调控因子基因AtMYBL2的表达模式相反;而野生型花青素苷含量及相关基因表达水平在两种处理下差异不显著。相应地,与野生型相比,PsHKs转基因植株AtA CS7、AtEIN3和AtEIL1在葡萄糖和ACC复合处理下表达水平均显著高于葡萄糖单独处理。由此可得,葡萄糖与乙烯信号在AtEIN3和AtEIL1两个位点上发生互作,进而在转录水平调控花青素苷的合成,且两者间的互作至少部分是通过依赖PsHXKs的途径实现。