PMI2是WPR基因家族成员之一,是调节叶绿体运动的关键基因,在调节叶片黄化方面具有重要作用。泡桐丛枝病是由丛枝植原体引起的一种传染性病害,该病害可以造成叶片黄化。课题组前期研究发现,在白花泡桐丛枝病发生过程中,PfPMI2表达水平显著上调,推测该基因在泡桐丛枝病叶片黄化过程中可能具有重要作用。因此,本研究利用生物信息学、遗传转化、转录组、small RNA测序和生理指标测定等方法探究PfPMI2对毛果杨形态和基因表达的影响。主要结果归纳如下:1.PfPMI2基因在不同物种中相对保守,具有组织表达特异性。PfPMI2具有保守的氨基酸序列,可能在不同物种中具有高度相似的功能。PfPMI2蛋白的氨基酸组成中谷氨酸的含量最多,其次为赖氨酸和亮氨酸,半胱氨酸的含量最少,仅为一个。PfPMI2在白花泡桐根部、茎段和叶片中均有明显的表达,但是叶片中的表达水平比茎段和根部高。2.获得了毛果杨转PfPMI2植株。构建了p ART-CAM-FLAG-PfPMI2过表达载体,进行遗传转化试验,成功将PfPMI2转化到野生型毛果杨植株中,获得转基因植株。PfPMI2转基因植株在形态上表现为叶片黄化。PfPMI2转基因植株与野生型植株相比,叶绿素a含量降低,叶绿素b含量基本无变化,超氧阴离子含量显著升高。3.筛选出了响应PfPMI2表达的基因。PfPMI2转基因植株转录组测序中,平均获得6.75G原始数据,测序数据比对到基因组的平均比对率为94.07%,比对到基因集的平均比对率为83.39%,一共检测到29096个基因。与野生型植株的测序结果相比,PfPMI2转基因植株中共筛选到2981个差异表达基因。GO富集分析显示差异基因在91个GO条目中分布;KEGG富集分析显示差异基因被注释到117条KEGG通路中;差异基因中共包含142个转录因子,分属于25个基因家族。4.筛选出了响应PfPMI2表达的miRNA,并鉴定到其靶基因。PfPMI2转基因植株小RNA测序中,平均获得32.42M数据,测序数据比对到基因组的平均比对率为90.56%,一共检测到358个小RNA。与野生型植株的测序结果相比,PfPMI2转基因植株中共筛选到68个差异表达miRNA。差异表达的miRNA靶向245个m RNA,GO富集分子发现,靶基因中有142个基因被注释到GO细胞组分、有155个基因被注释到分子功能、有107个基因被注释到生物学过程;KEGG富集分析发现,靶基因中有35个基因被注释到31条KEGG通路。5.发现了响应PfPMI2表达的miRNA-m RNA调控模块。关联转录组和miRNA转录测序结果发现差异表达miRNA的靶基因中有25个基因响应PfPMI2的表达,这些基因主要参与调控脂肪酸伸长、油菜素内酯生物合成、萜类骨架生物合成、泛素介导的蛋白水解、苯丙烷生物合成、植物-病原体互作、细胞周期和抗生素的生物合成通路。PfPMI2可能通过影响上述代谢通路中相关的miRNA-m RNA调控模块导致毛果杨转基因植株产生叶片黄化的症状。