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山核桃(Carya cathayensis Sarg.)为胡桃科(Juglandaceae)山核桃属(Carya Nutt.)的木本油料树种,是浙江西北部、安徽南部地区的特色经济树种,经济价值较高。嫁接技术的应用能有效缩短山核桃童期,矮化树体,同时有利于实现山核桃良种化栽培。早期研究发现生长素含量的动态变化在嫁接愈合过程中发挥着重要作用,GH3基因参与植物生长素稳态调节,但CcGH3基因调控山核桃嫁接成活的机理未见报道。本研究主要以山核桃嫁接苗为实验材料,克隆并分析了山核桃GH3家族基因的序列特征和表达模式;分析了CcGH3家族基因启动子顺式作用元件,并验证了CcGH3-1基因启动子诱导活性;通过异源转化拟南芥,初步验证了CcGH3基因的基本功能;分析了CcGH3家族基因在山核桃嫁接过程中的表达模式。主要研究结果如下:(1)共克隆获得了12个山核桃GH3基因全长CDS序列;CcGH3家族蛋白有较高的保守性,尤其是ATP/AMP依赖的酰基化活性位点,暗示该家族有较强的腺苷化及氨基化酶学活性;CcGH3蛋白与木本植物中的同源蛋白有更近的亲缘关系;除GH3-x外,其他CcGH3蛋白均定位于细胞质中;CcGH3-x基因显示出与其他成员有较远的亲缘关系和不同的亚细胞定位特性。(2)CcGH3家族基因在根和叶中有着较高的表达量,而在茎中的表达量较低;生长素、水杨酸、激动素和脱落酸能诱导亚家族II中的CcGH3基因的表达量显著上升,而在乙烯利、赤霉素和茉莉酸甲酯的诱导下有8个CcGH3基因的表达量显著下降。值得注意的是,亚家族I和IV中4个成员表达模式相近,在所有激素诱导下主要呈现下调表达趋势。(3)在CcGH3家族基因启动子上分布有与生长素、乙烯、脱落酸、水杨酸、赤霉素和茉莉酸甲酯相关的顺式作用元件。在吲哚乙酸和萘乙酸诱导下,CcGH3-1基因启动子的诱导活性增强了1倍以上,暗示生长素在CcGH3-1基因的表达调控中发挥着重要作用;CcGH3-1基因启动子的诱导活性与长度有关,其中启动子-2000至-1501bp区域内可能存在着抑制表达的响应元件,而-500至-200bp范围是该基因的基本诱导序列。(4)CcGH3-1过表达拟南芥株系表现出叶片变小、株高变小、果荚变短等性状,而CcGH3-6a的过表达株系与野生型的表型差异较小。过表达株系中,拟南芥GH3、ILR/ILL、PIN家族多个成员的表达量受到显著抑制,而多个YUC基因的表达量显著上调,暗示山核桃GH3基因在生长素稳态调节中发挥着重要作用。(5)在山核桃嫁接愈合过程中,多数CcGH3基因在砧穂中呈先下降后上升的表达趋势,在嫁接3 d和7 d时维持低水平的表达,普遍仅为嫁接前的10%至40%,最低在10%以下;到嫁接后14 d和30 d时表达量又普遍回升,特别是CcGH3-3、CcGH3-4和CcGH3-10的表达量升高至嫁接0 d的10倍以上。砧穂中内源生长素含量在嫁接后3 d显著下降,仅为嫁接0 d时的8.8%和5.5%,嫁接后的7 d和14 d持续上升,嫁接后30 d恢复至嫁接前的82.5%和152.3%。山核桃嫁接过程中CcGH3家族基因表达量的变化可能是嫁接愈合过程中生长素含量变化的重要原因之一。