参与黄瓜韧皮部运输关键胼胝质合成酶基因的鉴定及功能分析

As the main component of sieve plate, callose is abundant in plant phloem tissues and can be used for the rapid synthesis and decomposition to effect the phloem transport and plant development. Cucumber as important vegetable, the fruits demand more nutrients with the character of growth fast and expansion cycle short., so the normal development of phloem and unobstructed transportation is very important. However, there were little research about callose in the structural formation and function of regulating mechanism in cucumber phloem tissues. In this subject, we use the technology of qRT-PCR and GUS histochemical localization to indentify the key callose synthase (CsCalS) with high expression and located in the phloem tissues. Immunohistochemical localization, subcellular location and cucumber transgenic technology will be used to systematically analyze the expression profile, tissue location and function of CsCalS for finding out its expression and location pattern and the regulate mechanism. These results will help to uncover the molecular mechanism of the cucumber phloem long distance transport and to enrich the cucumber high-yield cultivation physiology.

胼胝质作为筛板的主要组成成分，大量存在于植物的韧皮部组织中，且可通过快速合成和分解调节韧皮部的运输和植株的生长发育。黄瓜作为重要的蔬菜作物，其果实具有生长速度快,膨大周期短,对营养物质需求强度高等特点，韧皮部的正常发育及通畅运输就显得非常重要。然而，目前有关胼胝质与黄瓜韧皮部发育及运输相关性的研究鲜有报道。本课题拟对黄瓜胼胝质合成酶基因(CsCalS)家族进行分离鉴定，通过qRT-PCR及GUS组织化学染色，筛选定位于黄瓜韧皮组织且表达量大的关键胼胝质合成酶基因，综合运用免疫组织化学定位、免疫胶体金亚细胞定位，构建过表达和干扰载体进行黄瓜的遗传转化，系统研究其表达定位模式与胼胝质积累的相关性，探讨其在黄瓜韧皮部运输中的功能及影响生长发育的作用机制，为揭示黄瓜韧皮部长距离运输机制奠定基础，以丰富黄瓜高产栽培生理。

黄瓜果实具有生长速度快、膨大周期短、对营养物质需求强度高等特点，胼胝质作为韧皮部的主要组成物质，在树木中通过快速合成和分解调节韧皮部运输和生长发育。黄瓜作为重要的蔬菜作物，弄清胼胝质在黄瓜韧皮部结构形成中的作用及参与韧皮部运输的作用机制，对深入研究葫芦科作物韧皮部长距离运输，果实生长发育具有重要参考和借鉴价值。本研究分离了黄瓜中的10个胼胝质合成酶基因（CsCalS），均具有CalS的功能区域及典型特征；通过qRT-PCR分别检测了CsCalS在黄瓜各组织及生物逆境胁迫下的表达情况，结果显示CsCalS4主要在黄瓜雄花中大量表达，CsCalS1、CsCalS8分别受黄瓜霜霉病致病菌及白粉病致病菌的诱导。筛选含有韧皮部特殊定位结构及在各组织中均有表达的CsCalS2进一步研究，发现其为质膜蛋白，主要定位于维管组织的伴胞细胞中。在拟南芥突变体cs7中过表达CsCalS2在一定程度上能恢复突变体的表型，表现为花苔变高，分枝数减少，果荚变大等；在黄瓜中干扰CsCalS2的表达对黄瓜生长发育影响均不明显，在表型及相关碳水化合物的含量上均无显著差异；对干扰植株中CsCalS家族其他成员的qRT-PCR检测发现CsCalS5、8的表达量明显上升，可能弥补了CsCalS2的功能，说明CsCalS2参与韧皮部的运输，但其功能并不是必须的。该研究丰富了对黄瓜胼胝质合成酶的认知，为进一步揭示黄瓜韧皮部长距离运输机制奠定基础，为黄瓜高产栽培提供理论依据。