低温对番茄花果脱落及生长素合成关键基因表达的影响
发布时间：2021-01-26 10:32
番茄（Solanum lycopersicum）是栽培较为广泛的喜温蔬菜之一,在北方栽培过程中经常遭受低温胁迫,尤其是设施冬春茬栽培更是如此。低温胁迫可导致番茄落花落果,严重影响番茄产量。生长素是影响植物花器官脱落的关键激素之一,YUCCA（YUC）家族作为生长素生物合成途径中的关键基因,其功能虽在拟南芥中已有较深研究,但在番茄中的研究报道较少,特别是在番茄花器官脱落中更未见研究报道。本研究采用生物信息学方法,分析鉴定了番茄生长素生物合成途径中的关键基因家族YUC/FZY,并对该家族基因进行亚细胞定位及顺式作用元件预测分析;进而采用qRT-PCR技术,分析了番茄不同部位FZY基因的表达模式,且采用VIGS技术研究在番茄花器官表达的基因对花柄脱落的影响;在此基础上,对番茄进行昼夜低温（16/6℃）和低夜温（25/6℃）胁迫处理,测定该家族在低温下的表达模式,并观察花粉发育情况、调查脱落率和坐果率,从而验证低温胁迫是否通过调控生长素合成途径导致番茄落花落果。主要研究结果如下:采用生物信息学分析方法,明确了编码番茄生长素合成的基因家族成员。在番茄基因组网站找到了可能编码黄素单加氧酶FZY基因...
【文章来源】： 杨晓茹 沈阳农业大学
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
翻译后修饰调节冷应激下的CBF表达（Dingetal.2020）
沈阳农业大学硕士学位论文11Met会被催化为α-酮基-γ-甲基丁酸，它们参与乙烯生物合成途径；其次，当IPA水平过高时，另一种转氨酶VAS1将IPA转换回Trp，从而协调生长素和乙烯的生物合成。另外，由GH3型IAA-酰胺合成酶催化，将有活性的生长素与氨基酸偶联（曾文芳等2015）；最后，IAA可以被双加氧酶DAO不可逆地氧化从而失活。局部生长素的生物合成与降解维持了植物内源生长素的稳态，使植物以最佳的状态生长（Zhangetal,2016）。图1-2主要的生长素合成和代谢途径（Zhao2018）。Fig.1-2Theprimaryauxinbiosynthesisandmetabolicpathway（Zhao2018）.1.2.4植物生长素合成的环境调控光照和温度是影响植物发育的关键因素。苹果幼苗在低温处理后利用DR5::GUS染色显示根中生长素含量均显著下降（Yuanetal.2013）。进一步转录组数据证实低温抑制根系发育过程中，生长素合成基因YUC2显著下调表达（Yuanetal.2013）。然而也存在低温上调生长素的结果，如小麦经历21天4℃处理，在花穗上IAA含量明显增加（Du2013）。低温对生长素合成的影响可能因为物种和器官的不同产生不同的作用。YUC1和YUC4在光照和黑暗条件下快速响应于伤口（在4小时内）起作用并且促进叶肉和感受态细胞中的生长素生物发生，而YUC5，YUC8和YUC9主要在黑暗条件下响应（Chenetal.2016）。bHLH型转录因子PIF4（PHYTOCHROMEINTERACTINGFACTOR4）是植物热形态发生的关键调控因子（Koinietal.2009）。PIF与光敏色素相互作用。当在庇荫处时，光敏色素B转化为无活性的Pr形式，释放PIF转录因子以激活YUC转录，导致局部生长素生物合成。在避荫信号存在时，PIFs与靶向基因的启动子（包括YUC基因）结合增强，从而激活它们的表达，低红光/远红光(R:FR)比率导致子叶中生长素水平增加（Pucciarielloe
1均含有3个外显子和2个内含子；SlFZY4-2与AtYUC9均含有2个外显子和1个内含子；AtYUC5只有一个外显子。表明番茄与拟南芥生长素合成基因家族同源关系较近的成员具有相似的基因结构。通过MEME分析YUC家族蛋白结构发现（图2-C），motif1-9为共有基序；SlFZY6,SlFZY7,SlFZY8和AtYUC10,AtYUC11不含有motif10,motif11，少数基因不含有motif12，半数以上不含有motif13和motif14。通过序列标示图发现（图3）FAD,NADPH和WL(I/V)VATGENAE三个功能结构域分别位于motif5,7,2中，FAD和NADPH具有较高的保守性，WL(I/V)VATGENAE比较保守。图3-2番茄FZY基因家族的系统进化树(a)、基因结构分析(b)及模体结构域(c)Fig.3-2Phylogeneticanalysis(a),motiforganization(b)andexon-intronstructures(c)oftomatoFZYs通过对番茄FZY家族进行亚细胞定位预测发现只有SlFZY2可能存在于叶绿体中，SlFZY5可能存在于细胞质或叶绿体中，SlFZY7可能存在于细胞质或质膜上，另外6个蛋白可能在细胞质中（表3-1）。前人研究表明，TAA/YUC途径在细胞质中完成生长素的生物合成，本试验研究结果与该结论较为相符。0kb3kb3.5kb4kb4.5kb5kb1kb1.5kb2kb2.5kb0.5kbmotif1motif2motif3motif4motif5motif6motif7motif8motif9motif10motif11motif12motif13motif14FZY2FZY1FZY4-1FZY6FZY4-2FZY3FZY5FZY7FZY8ABC
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tillering and small grain 1 dominates the tryptophan aminotransferase family required for local auxin biosynthesis in rice[J]. Tao Guo,Ke Chen,Nai-Qian Dong,Wang-Wei Ye,Jun-Xiang Shan,Hong-Xuan Lin. Journal of Integrative Plant Biology. 2020(05)
[2]OsCIPK7 point-mutation leads to conformation and kinase-activity change for sensing cold response[J]. Dajian Zhang,Xiaoyu Guo,Yunyuan Xu,Hao Li,Liang Ma,Xuefeng Yao,Yuxiang Weng,Yan Guo,Chun-Ming Liu,Kang Chong. Journal of Integrative Plant Biology. 2019(12)
[3]生长素与植物叶片衰老调控[J]. 梅圆圆,温泽文,王宁宁. 中国科学:生命科学. 2019(09)
[4]SlPIN1对番茄花器官脱落及生长素分布的影响[J]. 史自航,韩新奇,姜赟,许涛,李天来. 沈阳农业大学学报. 2018(01)
[5]CBF:平衡植物低温应答与生长发育的关键[J]. 刘静妍,施怡婷,杨淑华. 植物学报. 2017(06)
[6]植物生长素响应冷胁迫反应的研究进展[J]. 陈丹,王卫安,岳全奇,赵琴. 植物生理学报. 2016(07)
[7]Overexpression of the bacterial tryptophan oxidase Reb O affects auxin biosynthesis and Arabidopsis development[J]. Yangbin Gao,Xinhua Dai,Zuyu Zheng,Hiroyuki Kasahara,Yuji Kamiya,Joanne Chory,David Ballou,Yunde Zhao. Science Bulletin. 2016(11)
[8]桃GH3基因家族的生物信息学分析及其在果实发育中的表达[J]. 曾文芳,潘磊,牛良,鲁振华,崔国朝,王志强. 园艺学报. 2015(05)
[9]番茄SlARF14基因的RNAi载体构建及其在花器官中的功能初步鉴定[J]. 关晓溪,许涛,梅伟利,李天来. 沈阳农业大学学报. 2015(02)
[10]茄果类蔬菜发生落花落果原因及其防治措施[J]. 孙慧杰. 青海农技推广. 2015(01)
博士论文
[1]拟南芥生长素响应因子ARF17调控花粉壁模式形成[D]. 杨俊.上海师范大学 2013
硕士论文
[1]花期气温变化对库尔勒香梨脱萼果和宿萼果形成的影响[D]. 丁家鸣.新疆农业大学 2015
[2]外源GA、ABA对小麦种子活力的影响[D]. 冯园.山东农业大学 2015
[3]水稻OsRhoGDI2基因在幼穗发育和小孢子形成中功能的鉴定[D]. 王俊杰.河南师范大学 2015
[4]拟南芥生长素合成YUC基因控制花药发育机理研究[D]. 田蕾.上海师范大学 2013
本文编号：3000955
【文章来源】： 杨晓茹 沈阳农业大学
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
翻译后修饰调节冷应激下的CBF表达（Dingetal.2020）
沈阳农业大学硕士学位论文11Met会被催化为α-酮基-γ-甲基丁酸，它们参与乙烯生物合成途径；其次，当IPA水平过高时，另一种转氨酶VAS1将IPA转换回Trp，从而协调生长素和乙烯的生物合成。另外，由GH3型IAA-酰胺合成酶催化，将有活性的生长素与氨基酸偶联（曾文芳等2015）；最后，IAA可以被双加氧酶DAO不可逆地氧化从而失活。局部生长素的生物合成与降解维持了植物内源生长素的稳态，使植物以最佳的状态生长（Zhangetal,2016）。图1-2主要的生长素合成和代谢途径（Zhao2018）。Fig.1-2Theprimaryauxinbiosynthesisandmetabolicpathway（Zhao2018）.1.2.4植物生长素合成的环境调控光照和温度是影响植物发育的关键因素。苹果幼苗在低温处理后利用DR5::GUS染色显示根中生长素含量均显著下降（Yuanetal.2013）。进一步转录组数据证实低温抑制根系发育过程中，生长素合成基因YUC2显著下调表达（Yuanetal.2013）。然而也存在低温上调生长素的结果，如小麦经历21天4℃处理，在花穗上IAA含量明显增加（Du2013）。低温对生长素合成的影响可能因为物种和器官的不同产生不同的作用。YUC1和YUC4在光照和黑暗条件下快速响应于伤口（在4小时内）起作用并且促进叶肉和感受态细胞中的生长素生物发生，而YUC5，YUC8和YUC9主要在黑暗条件下响应（Chenetal.2016）。bHLH型转录因子PIF4（PHYTOCHROMEINTERACTINGFACTOR4）是植物热形态发生的关键调控因子（Koinietal.2009）。PIF与光敏色素相互作用。当在庇荫处时，光敏色素B转化为无活性的Pr形式，释放PIF转录因子以激活YUC转录，导致局部生长素生物合成。在避荫信号存在时，PIFs与靶向基因的启动子（包括YUC基因）结合增强，从而激活它们的表达，低红光/远红光(R:FR)比率导致子叶中生长素水平增加（Pucciarielloe
1均含有3个外显子和2个内含子；SlFZY4-2与AtYUC9均含有2个外显子和1个内含子；AtYUC5只有一个外显子。表明番茄与拟南芥生长素合成基因家族同源关系较近的成员具有相似的基因结构。通过MEME分析YUC家族蛋白结构发现（图2-C），motif1-9为共有基序；SlFZY6,SlFZY7,SlFZY8和AtYUC10,AtYUC11不含有motif10,motif11，少数基因不含有motif12，半数以上不含有motif13和motif14。通过序列标示图发现（图3）FAD,NADPH和WL(I/V)VATGENAE三个功能结构域分别位于motif5,7,2中，FAD和NADPH具有较高的保守性，WL(I/V)VATGENAE比较保守。图3-2番茄FZY基因家族的系统进化树(a)、基因结构分析(b)及模体结构域(c)Fig.3-2Phylogeneticanalysis(a),motiforganization(b)andexon-intronstructures(c)oftomatoFZYs通过对番茄FZY家族进行亚细胞定位预测发现只有SlFZY2可能存在于叶绿体中，SlFZY5可能存在于细胞质或叶绿体中，SlFZY7可能存在于细胞质或质膜上，另外6个蛋白可能在细胞质中（表3-1）。前人研究表明，TAA/YUC途径在细胞质中完成生长素的生物合成，本试验研究结果与该结论较为相符。0kb3kb3.5kb4kb4.5kb5kb1kb1.5kb2kb2.5kb0.5kbmotif1motif2motif3motif4motif5motif6motif7motif8motif9motif10motif11motif12motif13motif14FZY2FZY1FZY4-1FZY6FZY4-2FZY3FZY5FZY7FZY8ABC
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tillering and small grain 1 dominates the tryptophan aminotransferase family required for local auxin biosynthesis in rice[J]. Tao Guo,Ke Chen,Nai-Qian Dong,Wang-Wei Ye,Jun-Xiang Shan,Hong-Xuan Lin. Journal of Integrative Plant Biology. 2020(05)
[2]OsCIPK7 point-mutation leads to conformation and kinase-activity change for sensing cold response[J]. Dajian Zhang,Xiaoyu Guo,Yunyuan Xu,Hao Li,Liang Ma,Xuefeng Yao,Yuxiang Weng,Yan Guo,Chun-Ming Liu,Kang Chong. Journal of Integrative Plant Biology. 2019(12)
[3]生长素与植物叶片衰老调控[J]. 梅圆圆,温泽文,王宁宁. 中国科学:生命科学. 2019(09)
[4]SlPIN1对番茄花器官脱落及生长素分布的影响[J]. 史自航,韩新奇,姜赟,许涛,李天来. 沈阳农业大学学报. 2018(01)
[5]CBF:平衡植物低温应答与生长发育的关键[J]. 刘静妍,施怡婷,杨淑华. 植物学报. 2017(06)
[6]植物生长素响应冷胁迫反应的研究进展[J]. 陈丹,王卫安,岳全奇,赵琴. 植物生理学报. 2016(07)
[7]Overexpression of the bacterial tryptophan oxidase Reb O affects auxin biosynthesis and Arabidopsis development[J]. Yangbin Gao,Xinhua Dai,Zuyu Zheng,Hiroyuki Kasahara,Yuji Kamiya,Joanne Chory,David Ballou,Yunde Zhao. Science Bulletin. 2016(11)
[8]桃GH3基因家族的生物信息学分析及其在果实发育中的表达[J]. 曾文芳,潘磊,牛良,鲁振华,崔国朝,王志强. 园艺学报. 2015(05)
[9]番茄SlARF14基因的RNAi载体构建及其在花器官中的功能初步鉴定[J]. 关晓溪,许涛,梅伟利,李天来. 沈阳农业大学学报. 2015(02)
[10]茄果类蔬菜发生落花落果原因及其防治措施[J]. 孙慧杰. 青海农技推广. 2015(01)
博士论文
[1]拟南芥生长素响应因子ARF17调控花粉壁模式形成[D]. 杨俊.上海师范大学 2013
硕士论文
[1]花期气温变化对库尔勒香梨脱萼果和宿萼果形成的影响[D]. 丁家鸣.新疆农业大学 2015
[2]外源GA、ABA对小麦种子活力的影响[D]. 冯园.山东农业大学 2015
[3]水稻OsRhoGDI2基因在幼穗发育和小孢子形成中功能的鉴定[D]. 王俊杰.河南师范大学 2015
[4]拟南芥生长素合成YUC基因控制花药发育机理研究[D]. 田蕾.上海师范大学 2013
本文编号：3000955
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/3000955.html
最近更新
教材专著
