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水韭属植物在植物进化过程中占据重要的地位,水韭属植物是一类古老的物种,大约起源于泥盆纪时代,主要特征表现为孢子异型且植株高度退化,在植物系统进化上水韭属属于石松类群,为一类较为原始的维管植物,并且该属植物是现存唯一一类与古老植物石松近源物种。水韭属植物占据多种生态位,例如贫瘠的河流,小溪,湿地,湖泊,陆地等,并且可以反复地适应外界环境的变化,但是到目前为止并不知道水韭属植物是如何适应外界环境变化。基因LEAFY是植物所特有的转录调控因子,在高等植物中LEAFY主要作用为调控植物开花,并且LEAFY在植物开花调控过程中发挥了重要作用。通过Blast比对发现该基因起源较早,从藻类到被子植物都存在该基因,对于该基因在进化生物学上的功能,有人推测在早期该基因主要的生物学作用是调控细胞分裂,随着植物由低等到高等进化过程,开花这一生物学功能逐渐获得,但是这一结论需要更多的实验数据支持,水韭属植物在植物系统进化上具有重要地位,但是LEAFY在该属的生物学功能并没有研究。中华水韭为一类两栖植物,可以反复地适应环境的变化,作者以中华水韭为代表物种,深入地研究了中华水韭适应水陆环境的分子机制以及开花基因LEAFY的生物学功能,主要结果如下:1.为了从总体水平上探究中华水韭适应水生以及陆生环境的分子机制,作者采用RNA-seq测序技术分别测序中华水韭水生环境以及陆生环境下的样品,采用De Novo组装后共得到了大于8,700,000条高质量的序列,进一步组装为31,619条unigene,平均长度为1618 bp,利用生物信息学分析手段,分别比对NCBI,NR,COG,GO以及KEGG等数据库共有28,208个unigene得到注释,进一步确定了 1740个差异表达的基因,其中有1146个基因在在陆生环境下显著性上调表达,594个基因在陆生环境下显著性下调表达,GO注释分析表明在陆生环境中与压力相关的代谢显著性富集,KEGG富集分析表明植物激素以及碳代谢途径在水生环境以及陆生环境变化过程中发挥了重要作用,进一步确立了 1646个unigene为转录调控因子,共分成54类转录调控因子家族,其中有180个转录调控因子在这水陆环境变化中显著性差异表达,该研究为水韭属物种首次报道产生庞大的数据并初步揭示水韭属植物适应环境变化的分子机制,进一步为水韭属植物挖掘新基因,比较基因组学,功能基因组学以及系统进化生物学研究奠定基础。2.由于昼夜调控在植物生长发育以及代谢过程中起到了非常重要的作用,基于水韭属在植物进化中的重要地位,作者进一步探究了中华水韭在水生环境以及陆生环境中适应昼夜变化的分子机制。作者分别采取了来自水生环境白天以及黑夜的材料以及陆生环境白天以及黑夜的材料,采用RNA-seq分别测序四个样品,研究结果显示共有1145个unigene在陆生环境白天以及黑夜差异表达,共有1211个unigene在水生环境白天以及黑夜差异表达,进一步分析表明有102个差异表达的转录调控因子在陆生环境昼夜变化过程中显著性富集,有103个差异表达的转录调控因子在水生环境昼夜变化过程中显著性富集,共表达网络分析表明在两种环境下差异表达的基因均显著性地分为两个分支,进一步分析表明NAC转录调控因子在陆生环境白天黑夜变化过程中起到了非常重要的作用,但是NAC转录调控因子在水生环境昼夜变化过程中并没有显著性富集。3.CAM光合作用形式广泛存在于水生植物以及陆生植物中,并且随着环境的变化具有很大的可朔性,水韭属植物为一类原始的维管植物并且该属中大部分植物都具有CAM代谢的形式。中华水韭为一类两栖植物可以反复地适应外界环境的变化,本研究作者分别从生理生化以及分子生物学的角度探究了中华水韭在水生环境以及陆生环境下的光合作用的特征并且进一步比较了两种环境下中华水韭光合作用代谢特征。分析表明中华水韭在水生环境下的CAM代谢能力远远大于陆生环境下的CAM代谢能力,在水生环境下昼夜酸滴定水平以及有机酸浓度明显大于陆生环境,但是可溶性糖,淀粉,以及蛋白含量明显低于陆生环境对应值。采用R:NA-seq测序共挖掘到了 9个与光合作用相关的同源基因,荧光定量PCR分析表明相对于陆生环境下,与CAM相关的基因在水生环境下表达量较高,但是相对于水生环境,与C3相关的基因在陆生环境下表达量较高,进一步探究关键性酶PEPC以及Rubisco在两种环境下的酶活性,结果表明,在一整天中PEPC酶活性在水生环境要稍大于陆生环境,Rubisco酶在陆生环境白天的酶活性要大于水生环境白天的酶活性。4.作者采用RACE技术获得了来自中国5个物种高寒水韭,云贵水韭,中华水韭,东方水韭以及台湾水韭LEAFY序列,每个物种分别获得了两个LEAFY同源基因,分别命名为ILFYI以及ILFY2,并且进一步揭示了 ILFY1以及ILFY2基因组序列的特征,ILFY1序列长度在1449 bp到1456 bp之间变化,开放阅读框长度在927 bp到936 bp之间变化,ILFY2序列长度为1768 bp,开放阅读框长度为726 bp。系统进化分析表明ILFY1以及ILFY2明显地聚为两个系统分支并且高寒水韭ILFY1以及ILFY2分别与其他四个物种对应的基因分开,采用荧光定量PCR以及原位杂交实验分析表达水平表明这两个基因并没有明显的功能分化,ILFYl以及ILFY2在营养组织以及繁殖组织中都表达并且在幼嫩的组织中显著性表达,分别将ILFY1以及ILFY2采用花浸法转到拟南芥野生型以及lfy突变体中,结果表明ILFYI以及ILF:Y2都不能促使野生型植株提前开花,也不能恢复lfy突变体表型。