多花黄精(Polygonatum cyrtonema Hua)是百合科黄精属的多年生草本植物,其根状茎为主要药用部位,是一种“药食同源”的大宗药材。多糖、黄酮和皂苷是根状茎中的主要成分之三,对人体有多种营养功效。光调节着植物形态发生、生理生化和代谢的各个方面,光照环境存在于整个植物的生长周期,并不断变化,光也是影响植物生长发育和代谢物质积累的重要的环境要素之一。本研究以多花黄精组培苗为材料,研究不同光照条件包括不同光周期、光强和光质对多花黄精组培苗植株和根状茎生长、以及对多花黄精根状茎主要代谢产物多糖、类黄酮和皂苷含量的影响,为多花黄精的离体快繁与工厂化生产奠定了基础。同时对多花黄精ACY1(PcACY1)基因成员进行鉴定与表达分析,并构建了多花黄精ACY1s过表达载体,对多花黄精根状茎进行瞬时转化。最后分析了PcACY1在不同光照条件处理下的表达情况。主要研究结论如下:1不同光照条件对多花黄精组培苗植株和根状茎生长的影响不同光周期处理多花黄精组培苗结果表明6h/18h光照时间相对来说是最适宜多花黄精的组培苗和根状茎生长的光照时长,测定的生长指标均随光照时间的增长呈现先上升后下降的趋势,在6 h/18 h或12 h/12h时表现出最大值,并且在6 h/18 h处理下的多花黄精根状茎增殖系数和增重系数均显著高于hereditary nemaline myopathy其他处理;不同光强处理多花黄精组培苗结果表明在光照强度为6000-8000 lx时显著促进多花黄精的组培苗增殖和根状茎的增重;不同光质处理多花黄精组培苗结果表明单一绿光对多花黄精组培苗生长及根状茎生长都具有较强的抑制作用,蓝光则显著抑制株高,但能够促进根状茎芽增殖,且有利于多花黄精组培苗叶片光合色素的积累,红光则促进多花黄精组培苗叶片的生长。2不同光照条件对多花黄精根状茎主要代谢产物的影响不同光周期处理中发现6h/18h光照时间可促进多糖含量快速积累,而18h/6h光照长光周期处理较为促进多花黄精根状茎类黄酮和皂苷含量的积累;不同光强处理结果显示,多糖、类黄酮和皂苷含量基本与光照强度呈正相关趋势,在6000-8000 lx高光强处理下含量表现出最高值;不同光质处理结果显示单一光质处理30 d以上会对多糖和皂苷含量积累有抑制效果,且随着时间的增长这种抑制效果会加深,但蓝光相较于CK可促进多花黄精根状茎类黄酮的积累。3多花黄精ACY1家族成员鉴定与表达分析通过生物信息学方法从多花黄精全长转录组中鉴定出2个PcACY1成员,并命名为PcACY1-1和PcACY1-2,它们的CDS区序列长度分别为1371 bp和1317 bp,2个成员等电点分别为5.35和5.42,表明其主要在弱酸性细胞环境中起作用,均为具有信号肽的亲水蛋白,无跨膜结构,同时从植物基因组数据库中筛选出32个物种的65个ACY1成员构建系统进化树,分析发现大部分植物物种的ACY1家族成员都是两个,表明这些物种中ACY1基因的数量相对恒定,植物ACY1进化具有较高的保守性,qPCR检测PcACY1基因在不同组织部位、盐胁迫以及高温胁迫下的表达情况发现,PcACY1-1在根状茎中的表达量较高,PcACY1-2在茎秆中的表达量最高,表明PcACY1成员表达具有组织特异性,PcACY1家族成员均受到盐胁迫和高温处理的诱导,表明多花黄精ACY1家族成员在抗逆和防御平衡方面起重要作用。4 PcACY1在不同光照条件处理的qPCR分析PcACY1家族成员在不同光照条件处理下表达情况存在差异,PcACY1-1的表达可能不响应光周期变化,而PcACY1-2的表达响应12 h/12 h光照时间处理,PcACY1-1的表达量在各个光强处理均下调表达,而PcACY1-2的表达量显著响应高光强6000-8000 lx处理而显著上调表达,PcACY1-1显著响应蓝光处理,而PcACY1-2的表达可能不受selleckchem AMG510单一光质如红蓝绿光的诱导。5多花黄精ACY1s过表达载体构建与瞬时转化成功构建 pCAMBIA1301-PcACY1-1和 pCAMBIA1301-PcACY1-2过表达载体并采用农杆菌介导法成功将过表达PcACY1-1和PcACY1-2瞬时转化进多花黄精组培苗根状茎中,并通过GUS组织化学染色法对瞬时转化条件进行比较,发现浸泡渗透法较注射器注射法操作简单,转化效率高,适于应用在多花黄精的转化体系中。此外通过实时荧光定量PCR分析多花黄精根状茎中PcACY1-1和PcACY1-2基因的表达量发现,瞬时转基因多花黄精根状茎中基因的表达量显著提高,且明显高于野生型,但在不同光质处理下表达量有所下降。综上可得,短光周期、高光强可促进多花黄精组培苗的获悉更多生长和根状茎代谢物的积累,而单一光质中蓝光抑制株高,促进根状茎增殖和类黄酮的积累,在多花黄精中鉴定获得2个ACY1成员,表达模式具有组织特异性,并在抗逆和防御平衡方面起重要作用,成功构建多花黄精ACY1s过表达载体也为其功能的进一步深入研究奠定了基础。