叶绿体是植物光合作用和许多代谢过程的场所,其形成对植物的生长发育至关重要。在前期研究中,我们发现功能获得性突变体pga37根呈绿色,暗示突变体根中的质体发育成了叶绿体。PGA37基因编码一个R2R3-MYB转录因子。本文鉴定了PGA37靶基因,并进行详尽的分子生物学和遗传学分析,揭示了PGA37基因调控的叶绿体发育的分子机制。1.功能获得性突变体pga37的根系呈浅绿色,其叶绿素含量是野生型的40倍。在激光共聚焦显微镜下,pga37主根中有强烈的叶绿素自发荧光,荧光主要集中在主根的皮层、内皮层和中柱中。透射电子显微镜观察表明,pga37根系中质体已经发育成叶绿体,出现基质片层结构。2.光在叶绿体发育过程起着重要的作用。pga37突变体在光下根系呈绿色,而黑暗条件下根系呈白色。qRT-PCR分析表明,在pga37突变体中光信号的标记基因略微下调。这些结果表明PGA37介导的根系叶绿体的发育需要光的参与。3.利用RNA-Seq技术和糖皮质激素地塞米松（Dexamethasone,DEX）诱导的35S:PGA37-GR系统鉴定了97个推测的PGA37靶基因。深入分析表明,叶绿体发育的关键调控因子Golden-like 2（GLK2）、细胞分裂素信号转导的关键因子ARABIDOPSIS REPONSE REGULATOR 13（ARR13）和ARR21可能参与了PGA37介导的叶绿体形成过程。4.功能获得性突变体pga37和PGA37基因过量表达拟南芥pER10-PGA37中GLK2、ARR13和ARR21基因的表达量大幅上调,表明PGA37基因调控了GLK2、ARR13和ARR21的表达。5.在大肠杆菌中成功表达了PGA37蛋白,并用该蛋白分别与GLK2、ARR13和ARR21进行了生物膜层干涉分析。结果表明,转录因子PGA37在体外可以直接结合在GLK2、ARR13和ARR21基因的启动子上,从而调控上述基因的表达。6.分离和鉴定了GLK2、ARR13和ARR21基因的T-DNA插入突变体glk2、arr13和arr21。利用上述突变体分别与35S:PGA37-GR转基因拟南芥进行杂交,构建了35S::PGA37-GR glk2、35S:::PGA37-GR arr13、35S::PGA37-GR arr21双突变体和35S::PGA37-GR arr13 arr21三突变体。对上述突变体的表型分析表明,GLK2基因的突变可以完全抑制35S::PGA37-GR转基因拟南芥的绿根表型,而ARR13和ARR21单基因和双基因突变可以部分抑制35S::PGA37-GR转基因拟南芥的绿根表型。7.上述结果是在PGA37异位表达的情况下获得的,但PGA37基因主要在胚胎中表达。为了进一步揭示PGA37基因在胚胎叶绿体发育过程的功能,我们分离鉴定了PGA37及其同源基因MYB115的功能缺失突变体myb118和myb115。在鱼雷胚时期,myb118突变体和myb115 myb118双突变体中叶绿素的含量显著低于野生型。这表明PGA37基因通过调控GLK2、ARR13和ARR21基因的表达参与了胚胎中叶绿体发育的调控。