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茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]为多年生木本植物,富含丰富的代谢产物,是我国重要的经济作物。氮素作为重要的营养元素,对叶用的茶树尤为重要。氮素可以通过调控茶树体内氮代谢从而影响茶叶的产量和品质。因此,本研究通过对氮代谢的关键酶谷氨酰胺合成酶编码基因GS1;1及重要的调控因子microRNA的研究,阐明miRNA调控茶树氮素代谢的分子机制,为氮素的高效利用,改善茶叶品质提供理论依据。主要研究结果如下: 1.新鉴定的茶树microRNA-miR32,其前体序列可以生成稳定的茎环结构,在山茶属植物中保守。通过RLM-5RACE和瞬时表达载体共注射烟草的结果表明,miR32可以剪切靶基因GS1;1。这些证据表明miR32是茶树特异miRNA。 2.对miR32的靶基因GS1;1进行功能研究。克隆得到‘浙农139’品种的GS1;1序列,ORF全长1071bp,编码356个氨基酸,与葡萄树,可可树,橡胶树等木本植物高度同源。成功获得过表达茶树GS1;1的拟南芥纯合株系。通过对其进行不同铵浓度处理,结果发现:首先,过表达GS1;1对拟南芥的营养生长(莲座叶、根系生物量)没有促进作用,却显著抑制了拟南芥的生殖生长,具体表现为过表达植株抽薹时间推迟,花茎的生物量显著低于野生型。其次,过表达GS1;1促进了拟南芥氮代谢,抑制了碳代谢,表现为游离氨基酸和叶绿素含量显著高于野生型,而可溶性糖含量显著低于野生型。最后,过表达GS1;1显著影响了拟南芥C,N代谢相关基因的表达,表现为拟南芥氮代谢相关基因,如谷氨酰胺合成酶(AtGln1;1),谷氨酸脱氢酶(AtGDH)表达上调,而碳代谢相关基因,如磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PPC),蔗糖磷酸合成酶(SPS)表达下调。这些表型在缺氮和高铵处理条件更为明显。 3.对miR32及GS1;1在不同氮素处理下的表达进行研究,结果发现:缺氮处理促进了miR32在根系的表达,抑制了芽叶中的表达。恢复供应不同形态的氮素,则显著抑制了miR32的表达。缺氮处理抑制了根系GS1;1的表达。铵态氮可以在短时间内诱导根系GS1;1的表达。miR32对GS1;1具有负调控作用。 4.研究了氮素响应microRNA—miR164,miR167,miR169,miR477在不同氮素形态下的表达模式,发现铵态氮抑制了miR164,miR167,miR169的表达,硝态氮促进了三者的表达,缺氮与硝态氮的表达类似。miR477的表达趋势与上述3个miRNA相反。预测得到miRNA对应的靶基因,分析其在不同氮素形态下的表达,除miR164对应的靶基因NAC在各处理无显著差异外,其余靶基因在不同氮素处理中差异显著,且与miRNA的表达趋势相反,表明miRNA可以负调控对应的靶基因参与对不同氮素形态的响应。 5.研究了miR156参与调控儿茶素合成的机制。克隆得到miR156的前体序列,其可以形成稳定的茎环结构,在山茶属植物中高度保守。miR156在不同氮素形态中的表达差异极为显著,硝态氮和缺氮处理显著降低了miR156的表达。通过在线预测,表达分析,RLM-5RACE确定miR156调控的靶基因为SPL9。茶树新梢儿茶素含量在不同氮素供应下有显著差异,硝态氮处理的儿茶素含量最高,铵态氮处理的儿茶素含量显著低于硝态氮。儿茶素合成基因表达趋势与儿茶素含量变化大体一致。分析与miR156表达的相关性,结果表明miR156在不同氮素形态下可以参与调控儿茶素的合成。