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金叶连翘(Forsythia koreana ’Suwon Gold’)叶片黄色,具有观赏期长、叶色鲜艳、抗性强等特点,是北温带地区良好的园林绿化植物。叶色表现受光照强度影响,在全光下叶色金黄,遮荫下叶色复绿。但金叶连翘叶片呈色及其对光照强度响应的机理尚不清晰。本研究以黄叶型和绿叶型连翘为实验材料,测定不同光照强度下叶片表型、解剖、生理等指标,结合转录组测序的方法,解析金叶连翘叶片呈色及其对光照环境响应的机理。主要研究结果如下:1.在全光下,黄叶型连翘叶色金黄,遮阴后复绿。在全光下,与绿叶型连翘相比,黄叶型叶片的叶绿体结构缺陷、类囊体膜结构缺乏、叶绿素和类胡萝卜素含量显著减少、PSII光合电子传递效率显著降低、过氧化氢含量显著增多;而遮阴条件下,黄叶型连翘叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量升高、PSII光合电子传递效率增高、过氧化氢含量减少、叶绿体结构逐渐完整,但叶绿素和类胡萝卜素的含量仍然显著低于绿叶型连翘。结果说明,金叶连翘叶色的形成与叶绿体结构变化、叶绿素和类胡萝卜素含量有直接关系,叶色呈现响应光照强度的指标主要有叶绿体结构、光合能力、色素含量和过氧化氢含量四个方面。2.转录组数据分析发现,与金叶连翘叶色形成及响应光强有关的基因45个、转录因子23个。其中,15个基因表达不受光照强度影响;30个基因和23个转录因子的表达均受光照强度的影响。最终筛选出6个基因(ChlH、PetC、PetJ、PetH、ChoK/EtnK、POLGAMMA2)和1个转录因子(G2-like)在黄叶型连翘中显著低表达或不表达,为连翘叶色变黄及响应不同光照强度的关键候选基因。3.本研究成功构建了适合连翘的TRV病毒介导的基因沉默体系,侵染成功率达97%以上。利用该体系,绿叶型连翘中的7个关键候选基因被分别沉默时,叶绿素合成关键基因ChlH表达量均显著降低,但只有ChlH和POLGAMMA2基因被沉默时叶色变黄。结果表明,金叶连翘中参与叶绿素合成和叶绿体结构形成的7个基因均与叶绿素合成基因的表达有关,且其中ChlH、POLGAMMA2基因是导致连翘叶片中叶绿体结构缺陷、色素合成减少的关键基因。4.本研究成功克隆了连翘的PetJ、PetH基因,构建荧光表达载体pSupper1 300::FsPetH:GFP 和 pSupper1300::FsPetJ::GFP,通过农杆菌介导转化至本氏烟草叶片中,采用荧光共聚焦显微镜观测发现,FsPetH和FsPetJ蛋白在细胞核和细胞膜上均存在。研究结果为后续的基因功能验证奠定了基础。5.金叶连翘’Suwon Gold’的叶柄为外植体,接种到MS(4.43g/L)+30g/L蔗糖+5g/L 琼脂+100mg/L myoinosito 1+0.5mg/L thiamin+0.75mg/L nicotinic acid+0.75mg/L pyridoxin+1mg/L6-BA+0.2mg/LIAA(pH=5.8)培养基时,可完成脱分化及再生,再生效率达60%;金钟连翘’Courtab=neur’茎段为外植体,接种到MS(4.43g/L)+30g/L蔗糖+5g/L 琼脂+100mg/L myo ino s ito 1+0.5 mg/L thiamin+0.75mg/L nicotinic acid+0.75mg/L pyridoxin+2mg/L 6-BA+0.2mg/L IAA(pH=5.8)培养基时,可完成脱分化及再生,再生效率达45%。该结果为构建连翘稳定遗传转化体系,验证候选基因的功能提供了可能。上述结果为金叶连翘叶色的形成及其相关基因功能验证奠定了理论基础,为黄色叶连翘育种提供了依据。