油菜素甾醇（Brassinosteroids,BRs）是公认的第六大植物激素,广泛存在于被子植物、裸子植物、蕨类植物、苔藓及绿藻中,现已发现70余种。BRs对植物的种子休眠与萌发、器官分化、维管组织发育、开花和衰老以及向性建成等重要的生长发育过程都起着调控作用。近些年来,拟南芥、水稻等种子植物中的BR合成代谢以及信号传导途径已有了较为清晰的认识。但是,有关非种子植物的BRs合成和信号途径的报道几乎没有。本文以非种子植物江南卷柏（Selaginella moellendorffii）为材料,并借助拟南芥（Arabidopsis thaliana）野生型 Col-0和det2,cpd,rot3,dwf4等BR合成突变体,通过农杆菌介导的转基因技术和杂交技术,激光共聚焦扫描显微镜（LSCM）和半定量RT-PCR技术,研究卷柏中的BR合成基因的进化和功能,并对BR信号途径元件进行了探索,结果主要如下:1.DET2基因具有很高的保守性,江南卷柏SmDET2基因可以恢复det2的表型。在完全黑暗条件下,det2突变体呈现出短而粗的下胚轴,并且具有张开的子叶;在光下,det2幼苗的莲座叶叶柄短小,叶片近圆型,且扭曲在一起;成熟植株的高度、果荚长度和单个角果的种子数量也均显著低于野生型。当转入SmDET2基因后,转基因植株与Col-0的表型一致,不但下胚轴长度和叶片长宽比增加,而且成熟植株的高度、角果数和种子数量也与野生型相当。此外,SmDET2/det2植株和野生型Col-0一样,均对BR合成抑制剂BRZ（brassinazole）具有同等的敏感性。这些结果表明,SmDET2与AtDET2可能参与相同的BR的合成过程,其编码蛋白具有类似的功能。2.江南卷柏中CYP90基因的功能存在差异。通过半定量RT-PCR,研究了S.moellendorfii的营养叶和小孢子叶球中CYP90基因的表达水平。结果发现Sm89026和Sm15 7387在两个器官中均高度表达,而Sm233379仅在叶片中表达,表明CYP90同源基因在江南卷柏中可能具有不同的功能。3.异源过表达江南卷柏中CYP90同源基因影响拟南芥的育性。将江南卷柏中的CYP90同源基因在Co1-0过表达后,Sm233379可以使幼苗下胚轴增长,成熟植株的高度增加,但是会引起花丝的长度变短;利用电镜观察可以发现,大部分的花粉囊畸形,且花粉数量减少,这些因素最终导致过表达Sm233379植株的结实率下降。4.CPD（CYP90A1）具有保守功能,可以恢复拟南芥cpd的表型。黑暗条件下,cpd突变体的子叶伸展且没有顶钩;光照条件下,植株叶柄极度短缩,叶色浓绿。当转入SmCPD基因后,SmCPD/cpd植株与Co1-0一样在黑暗下具有顶钩,且子叶合拢。光照条件下植株的表型也与Co1-0相同。半定量RT-PCR结果表明,在SmCPD/cpd植株中,SmCPD可以增强拟南芥中BAS1基因的表达但减弱DWF4基因的表达。5.CYP90的类别伴同植物的进化而出现分歧。对拟南芥中的CYP90家族基因及其它物种中的同源基因序列进行比对研究,并构建系统发育树。统计发现在公布的全测序的单子叶植物中并没有发现CYP90C1（ROT3）基因的同源序列,将SnCYP90转入拟南芥的rot3突变体也不能恢复其表型。这些结果暗示,CYP90C1基因可能为双子叶植物所独有。6.在高等植物中BR需要结合受体才能发挥功能,但是在卷柏中并未检索到BR信号传导的受体。因此可以推断卷柏中的BR可能通过现今未知的受体发挥作用,抑或只是作为一种生理活性物质的形式对植物的生长发育起到调控作用,而不是发挥激素的功能。综合以上结果,可以推断江南卷柏可以合成BR,且SmDET2和SmCPD参与了 BR的合成过程,但是没有发现CYP85A1/A2,DWF4和ROT3等基因的同源序列,因此卷柏中BR合成的途径及信号通路可能有异于已知的种子植物。而且,这些BR合成基因所编码酶的活力及其在卷柏中催化产物的特征及生物活性还需进一步研究才能确定。参与BR合成的CYP90家族基因随着植物的进化也发生了演替,而借助CYP90C1进行的BR合成途径可能是植物进化的后期才形成,因此为双子叶植物所特有。