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质体中叶绿素的生物合成是植物光合器官发育的关键过程,其中原叶绿素酸酯到叶绿素酸酯的还原是叶绿素生物合成的关键限速步骤,这一反应由非光依赖性原叶绿素酸酯还原酶(dark-operative protochlorophyllide reductase,DPOR)和光依赖性原叶绿素酸酯还原酶(light-dependent protochlorophyllidereductase,LPOR)两种酶催化。被子植物仅含有LPOR一种还原酶,因此无法在黑暗条件下合成叶绿素。由于DPOR和LPOR的共存,黑暗条件下生长的杉木(Cunninghamia lanceolata L.)子叶是绿色的。然而,黑暗条件下生长的杉木顶芽却呈现黄化状态,这是与子叶完全不同的现象。因此,本研究选取杉木顶芽为实验材料,通过转录组测序并结合分子生物学的方法,对光照和黑暗条件下生长的杉木顶芽基因的表达情况进行深入研究。主要结果如下:(1)与光照条件下生长的杉木顶芽相比,黑暗条件下的顶芽中DPOR三个亚基的编码基因chlB,chlL和chlN以及LPOR的编码基因POR的表达显著下调,叶绿素的生物合成受到抑制因而黑暗条件下的顶芽呈黄化状态。(2)杉木顶芽的转录组学分析中,共发现70,499个unigenes,其中47,410个得到注释。在光照和黑暗条件生长的顶芽之间,共鉴定了 3263个差异表达的基因。与光照条件下生长的顶芽相比,黑暗条件下的顶芽中有1555个上调表达的基因和2068个下调表达的基因。(3)通过GO和KEGG富集分析进一步注释差异表达基因的生物学功能,发现GO组分中受影响最大的代谢途径与细胞组分和催化途径有关;KEGG代谢通路中,受影响最大的五种代谢途径分别是黄酮类生物合成,光合-天线蛋白,光合作用,角质、小檗碱和蜡生物合成,芪类、二芳基庚酸和姜酚生物合成。(4)在光合电子传递和光合磷酸化过程中,有10个叶绿体基因组编码的基因和28个核基因组编码的基因被鉴定为差异表达基因。与光照条件下的顶芽相比,这些基因在黑暗条件下的顶芽中均下调表达。(5)基于获得的cDNA序列,运用定量PCR进一步分析与光合磷酸化相关的18个核基因和11个质体基因的相对表达水平。转录组学和定量PCR结果均表明,黑暗处理可显著抑制杉木顶芽中与光合电子传递的蛋白质复合物相关基因的表达。综上所述,黑暗处理中编码DPOR三个亚基的chlB,chlL和chlN基因受到抑制,因而叶绿素合成受阻,顶芽出现黄化表型。与光合作用相关的核和质体基因组编码的基因在黄化顶芽中均显著下调,该结果为了解不同光合器官中叶绿体发育的不同机制提供了新的线索。