查尔酮合成酶(CHS)是黄酮类化合物合成途径中的关键酶,其功能有很多,主要表现在色素合成与增加植物抗旱耐盐性等方面。本研究以紫雨桦(Betula pendula’Purple Rain’)为试材,克隆查尔酮合成酶基因(BpCHS3)并分析该基因家族的时空表达特性,利用农杆菌介导法获得BpCHS3过表达转基因白桦,对获得的遗传转化子进行抗旱耐盐性分析,研究结果如下:(1)BpCHS3基因全长1170bp,编码389个氨基酸,蛋白构象稳定,含有7个二硫键,相对分子量为42556.2D,不含有功能结构域;该基因的分子式为C1896H3037N505O563S20,理论等电点为6.18,正负电荷残基数分别为47、43。将该基因所编码的氨基酸序列与非洲菊等14个物种的CHS氨基酸序列进行进化树分析,发现BpCHS3与木麻黄CgCHS氨基酸序列的同源性最高,达到97%。(2)紫雨桦叶色在整个生长季(5～9月)呈现由紫到绿的变化,8月份,同一枝条的上、中、下部叶片的颜色也呈现出由紫到绿的变化,随着叶色由紫到绿,花色苷含量逐渐下降,叶绿素含量逐渐上升。由于CHS与二氢黄酮醇还原酶(DFR)是花色苷合成途径中的两个关键酶,因此我们采用实时定量PCR技术分别对紫雨桦中BpCHS、BpDFR基因家族进行时空表达模式分析,结果显示:紫雨桦上部叶片中2基因家族的时序表达规律显著,5～7月份表达量逐渐降低,8～9月份回升;8月份,BpCHS、BpDFR基因家族在紫雨桦上部叶片中表达量较高、中下部叶片中表达量较低。对紫雨桦与欧洲白桦中2基因家族的定量分析发现:紫雨桦中2基因家族的表达量均高于欧洲白桦(CK),其中BpCHS3基因的表达量高出CK最多。(3)采用gateway方法构建35S::BpCHS3植物表达载体,获得农杆菌工程菌EHA105(pCHS3),通过农杆菌介导的合子胚转化法开展白桦的遗传转化,在50mg/L潮霉素的筛选下,成功获得15个BpCHS3转基因抗性株系,经PCR及qRT-PCR检测,证明BpCHS3基因已成功整合到白桦基因组中并能够稳定表达。转基因白桦中BpCHS、BpDFR基因家族的表达量均高于非转基因白桦(NT)。(4)对BpCHS3转基因组培苗木进行抗旱耐盐性分析,结果表明:BpCHS3转基因白桦的耐盐性和抗旱性均显著增强。0.30%的NaCl胁迫下,25d后转基因白桦的生根率为100%,平均每株的主根条数是NT的2.3～2.7倍,平均每株主根长是NT的5.3～6.5倍。0.50%的NaCl胁迫下,NT生根率为0,盐害指数达1.0,而转基因白桦的生根率仍为100%,盐害指数在0.43～0.48左右。5.0%PEG处理30d后,NT的生根率仅为30%,旱害指数高达0.93,而转基因白桦的生根率在80%～90%之间,是NT的3倍左右,且平均每株的主根条数与主根长也是NT的3倍左右,旱害指数较低,分别为0.18、0.43;当PEG浓度达到7.5%时,NT全部死亡,而转基因白桦生根率均值仍为60%～80%,大部分植株生长状况良好。