紫草为紫草科(Boraginaceae)多年生草本植物，是一种重要的药用植物，其根部合成的红色萘醌类次生代谢产物(紫草宁及其衍生物)不仅具有重要的药用价值，如抗菌、消炎、活血、抗肿瘤、诱导癌细胞凋亡及抑制I型HIV病毒等，而且也是一种天然的染料。研究表明，紫草宁的合成受到物理、化学、生物等多种因素的影响，如光照、金属离子、真菌诱导子、激素等。　　 乙烯是一类重要的植物激素，参与调控了植物体生长发育的许多方面，比如：种子萌发，根茎的生长，花的发育，衰老，器官的脱落等等，但是乙烯调控植物次生代谢的研究还很少且不深入。有文献报道乙烯促进了紫草茎培养体系(shootculture)中紫草宁的合成，但本实验室的研究却发现乙烯抑制了紫草宁的合成。由此可见，对于乙烯调控紫草宁合成的分子机制还很不清楚。另外，研究还表明，乙烯的合成对光信号具有响应，而且可能参与了光信号所调控的紫草宁合成途径。因此，为深入探讨乙烯在光信号调控紫草宁合成中的确切分子机制，本研究克隆了乙烯合成途径的关键酶基因-乙烯合酶基因(LeACS-1)，并探讨了该基因响应光信号及其他激素的表达模式。　　 在本研究中，基于本实验室前期获得的LeACS-1基因的cDNA片段序列设计特异性引物，采用RACE(Rapid Amplication of cDNA Ends)方法(3’RACE和5’RACE)扩增出了该基因的3’和5’端，并克隆到了PMD-18 T-Vector上。经过对阳性克隆进行PCR鉴定并测序，拼接出了该基因的全长序列(1951bp)。然后又根据所拼接出全长序列信息，设计了扩增全长ORF(open readingframe)区的特异性引物，扩增得到了该基因的全长ORF区克隆。序列生物信息学分析结果表明，该基因编码一个含430个氨基酸的蛋白质，具有ACS家族蛋白的功能保守域，该蛋白与马铃薯(Solanum tuberosum)StACS的亲缘关系最近，而与苹果Md ACS(Malus x domestica)等的亲缘关系较远。　　 对LeACS-1基因响应两阶段培养体系转换过程(细胞从B5生长培养基转移到M9生产培养基)的表达分析结果表明，当紫草细胞从B5转接到M9培养基后在3h即表现出一个高表达的应激效应，并快速降到较低水平，然后随着培养时间的延长又快速增强表达。光信号调控分析结果表明，在培养基转换过程中白光在2d后显著抑制了LeACS-1的表达。为进一步明确光信号对LeACS-1的表达调控效应，对紫草细胞首先进行了光照或黑暗预培养2d(使基因度过应激效应阶段达到稳定表达后)，然后再进行光信号处理观察光信号对该基因表达的影响。结果表明，无论经过光照还是黑暗预培养，光信号都显著抑制了该基因的表达，因此光信号与乙烯的合成之间肯定存在着一定的联系。茉莉酸合成途径抑制剂IBU对LeACS-1的表达调控结果表明，IBU显著上调了该基因的表达，暗示乙烯的合成可能受到内源茉莉酸的调控，两者可能协同参与了对紫草宁的合成调控。　　 本研究结果为通过转基因手段(过表达和RNAi)探讨乙烯在紫草宁合成中的确切作用及其分子机制奠定了理论基础并提供了前提条件。