草莓素有“水果皇后”的美称,其果实色泽鲜艳、风味独特、营养价值高。草莓的生长周期短、结果早,栽植经济效益显著。我国是草莓生产和消费大国,栽培面积和年产量均居于世界前列。普通栽培草莓（Fragaria × ananassa）是八倍体,基因组复杂,研究难度很大。二倍体森林草莓（Fragaria vesca）具有生长周期短、种子产量高、转化体系成熟、基因组小且已完成测序等优势;并且除了果实大小不同之外,森林草莓在花结构、花器官排列和早期果实发育等方面的特性均与栽培草莓基本相同,因此是研究栽培草莓的理想模式植物。细胞分裂素是调控草莓生长发育的关键激素之一,在草莓果实发育和非生物胁迫的响应中具有重要的作用。植物体内细胞分裂素的浓度变化主要通过细胞分裂素的合成和降解两方面来调控。异戊二烯转移酶（IPT）和细胞分裂素氧化酶（CKX）分别是催化细胞分裂素合成和降解的关键酶,也是决定内源细胞分裂素浓度的最重要的两个因子。因此,研究森林草莓中IPT和CKX基因的进化和功能,对阐明这两类基因在草莓果实发育和逆境胁迫中的作用、解析细胞分裂素在草莓中的功能、调控内源细胞分裂素的水平以培育具有优良性状的草莓新品种具有重要的意义。1.IPT根据催化底物的不同,可分为ATP/ADP-IPTs和tRNA-IPTs两类。通过保守结构域的搜索和验证,在森林草莓中鉴定得到7个IPT基因,包括5个A TP/ADP-IPTs和2个tRNA-IPTs。通过与其他19个代表性陆生植物中鉴定得到的171个IPT基因比对与系统进化分析后发现,被子植物才含有ATP/ADP-IPT基因,低等苔藓、卷柏类植物中不存在A TP/ADP-IPT基因的同源拷贝。并且,被子植物中ATP/ADP-IPT基因的数目变化较大,从2至21不等;草莓中ATP/ADP-IPT基因的数目少于所调查物种中的平均值（8.13个）。相对的,tRNrA-IPT基因广泛地存在于所有所调查的陆生植物中,且在被子植物中的数目相对稳定（2～3个）。因此,草莓与其他被子植物中,ATP/ADP-和tRNA-IPT基因很可能具有不同的进化模式。对草莓IPT基因外显子/内含子结构的分析显示,只有一个A TP/ADP-IPT基因含有2个内含子,其他ATP/ADP-IPT基因均不含有内含子;而两个tRNA-IPT基因均有不少于15个内含子的插入。其他被子植物中两类IPT基因的内含子数目也具有类似的显著差异。蛋白Motif组成分析显示,草莓和其他被子植物中两类IPT蛋白具有不同的Motif组成,而同一类IPT蛋白的Motif组成基本一致。此外,为了追溯草莓中两类IPT基因的起源,选取了包括细菌、古细菌、原生生物、真菌、动物和植物在内的六大类生物的58个代表性物种,对其中的两类IPT基因进行了鉴定和系统进化分析。结果表明,两类IPT基因具有不同的起源:tRNA-IPT基因非常古老,广泛地分布在所有生物界;而ATP/ADP-IPT基因仅存在于被子植物中,很可能是在被子植物共同祖先中由Ⅱ型tRNA-IPT复制分化产生的。综上所述,草莓中的ATP/ADP-和tRNA-IPT基因在基因结构、Motif组成、起源以及进化模式等方面均具有不同的特征,因此很可能具有不同的功能。2.我们进一步分析了两类IPT基因在草莓中的表达模式。草莓花与早期果实的转录组数据及根、叶、中后期果实等器官的RT-qPCR结果分析显示,tRNA-IPT基因在草莓花和果实的不同组织/发育阶段均具有稳定的较高水平的表达（即组成型表达）,而ATP/ADP-IPT基因则只在其中一部分组织/发育阶段表达,在其他组织/发育阶段中表达量很低甚至无法检测（组织特异性表达）。另一方面,在高温、低温、高盐和失水胁迫处理下的草莓幼苗中,两类IPT基因并没有表现出明显不同的响应模式。因此,推测草莓中两类IPT基因可能主要在其生殖器官的不同组织或发育阶段具有不同的功能。另外三种代表性被子植物（无油樟、玉米和拟南芥）中的表达模式分析,也支持ATP/ADP-和tRNA-IPT基因在不同组织器官中的差异表达。在最早分化出来的被子植物无油樟中,ATP/ADP-IPT基因在雌花芽中几乎没有表达;而在核心被子植物草莓、玉米和拟南芥中,一半以上的ATP/ADP-IPT基因都在花中表达,表明ATP/ADP-IPT基因的扩张与分化可能与花器官的复杂化有关。3.细胞分裂素氧化酶（CKX）是目前已知的植物体内唯一降解细胞分裂素的酶。在森林草莓中鉴定得到8个CKX基因。通过与其他19个陆生植物的182个CKX基因比对与系统进化分析发现,在陆生植物的共同祖先中,很可能只存在一个CKX基因的同源拷贝。因此草莓和其他陆生植物中,CKX基因发生了中等程度的扩张。全基因组复制和离散复制是草莓CKX基因扩张的主要机制。草莓CKX基因中内含子插入的数目变化不大,3～5个不等;不同CKX蛋白之间的Motif组成也基本一致。其他陆生植物中的CKX基因/蛋白也具有类似的特征。这些结果表明,草莓及其他陆生植物中的CKX基因在基因序列、外显子/内含子结构和Motif组成上是比较保守的。对草莓花与早期果实的转录组数据的分析显示,草莓CKX基因在不同组织中的表达量不同;在同一组织的不同发育阶段,表达量也有所不同。因此,CKX基因很可能在草莓不同组织/发育阶段具有功能分化。4.进一步调查CKX基因在六大类生物中的分布发现,除了陆生植物,CKX基因仅存在于极少数细菌和一个古虫的基因组中。古细菌、原生生物（包括原生动物和藻类）、真菌和动物中均不存在CKX基因的同源序列。系统进化分析显示,陆生植物中的全部CKX基因形成单一的基因簇,且与细菌CKX基因的亲缘关系最近;陆生植物CKX蛋白的Motif组成与细菌CKX蛋白的Motif组成一致性最高,与古虫CKX蛋白的差异较大。这些结果表明,陆生植物CKX基因很可能起源于细菌。陆生植物的姐妹谱系藻类中不存在CKX基因;与其他类细菌相比,大部分蓝细菌中的CKX基因与陆生植物CKX基因的亲缘关系较远、蛋白Motif组成差异较大;并且,对CKX基因分化年代的估算显示,陆生植物与细菌CKX基因的分化年代约为4.18亿年,与植物登陆的时间基本一致,表明陆生植物核基因组中的CKX基因不可能来源于叶绿体基因组。因此,草莓与其他陆生植物CKX基因很可能起源于细菌;陆生植物的共同祖先在登陆之前,通过非叶绿体途径的水平基因转移事件从细菌中获得了CKX基因。5.组成型过表达CKX基因会对植物的生长发育造成较大的影响。所以利用根特异性启动子驱动CKX基因分别转化草莓和烟草,以在基本不影响植物正常生长发育的基础上,检验CKX基因的表达对植物耐旱性的影响。对野生型和转基因烟草的干旱处理结果显示,转基因烟草茎的纵向萎缩要比野生型的少,并且萎缩程度要比野生型线。更重要的是,在复水实验4天后,转基因烟草从干旱胁迫中恢复,萎蔫的叶片展开,并且茎的萎缩消失;而野生型植物则未恢复。即过表达CKX基因增强了烟草的耐旱性。在草莓中根特异性过表达CKX基因,促进了草莓根的生长,而地上部分相对变矮。通过对细胞分裂素信号途径基因的RT-qRCR分析证实,转基因草莓中多数细胞分裂素响应基因的表达水平低于野生型中的。对赤霉素合成基因（GA3和GA20ox1）和信号阻遏蛋白基因（Della）的RT-qRCR分析显示,根特异性过表达CKX基因,降低内源细胞分裂素浓度的同时,很可能也引起了内源赤霉素浓度的降低。对草莓幼苗干旱处理后,干旱响应基因RD29在转基因草莓根和叶中的表达水平均显著低于野生型中的,表明相同干旱胁迫条件下,转基因草莓的受胁迫程度显著低于野生型,即过表达CKX基因提高了草莓对干旱胁迫的耐受性。