番茄果实硬度基因FIS1的图位克隆及功能分析

发布时间：2021-12-09 23:58

　　果实硬度是番茄重要的品质性状,与果实耐压、耐裂、耐储性密切相关。果实硬度作为复杂的数量性状,受到多种因素的影响。尽管已经发现了数十个果实硬度QTLs,但鲜有果实硬度基因被克隆。虽然生产中利用番茄成熟突变体可以通过延迟果实成熟提高果实硬度,但极大地损害了番茄口感和风味。因此,克隆控制果实硬度的基因对于高硬度番茄的育种选择和改良利用具有重要意义。本研究以栽培番茄Moneymaker（MM）和樱桃番茄LA1310（CC）为亲本构建的RILs群体为材料,利用全基因组关联分析,挖掘了一个控制番茄果实硬度的关键QTL,qFIRM SKIN 1（qFIS1）。通过近等基因系（Near-isogenic Lines,NILs）,发现qFIS1通过影响果皮角质层的厚度来调控果实硬度,对果实发育和成熟进程以及糖、酸等风味物质的积累都没有影响。利用近等基因系群体,将该位点定位于第10号染色体17.8kb的区间内,Solyc10g007570为果实硬度基因FIS1的候选基因。在MM中,该基因外显子上一个碱基的插入,导致其编码蛋白提前终止。利用CRISPR/Cas9获得的该基因的突变株系和互补转基因株系证明了该... 

【文章来源】：中国农业科学院北京市

【文章页数】：111 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

番茄果实发育过程(GIOVANNONI,2004)

中国农业科学院博士学位论文第一章绪论3木葡聚糖由木葡聚糖转糖基酶(XETs)催化β-1,4-糖苷键断裂，使木葡聚糖链缩短，使半纤维素解聚，细胞壁变保图1-2细胞壁降解示意图(PIRRELLOetal.,2009)Fig.1-2Schematicrepresentationofthecellwalldegradation(PIRRELLO,etal.,2009)多聚半乳糖醛酸酶(PG)是水解果胶的关键酶之一。PG将多聚α-1,4-半乳糖醛酸聚糖水解，引起果胶分子的多糖主链断裂，可溶性果胶含量增加。前人已经在番茄、草莓、香蕉等多种水果和蔬菜的果实中检测到PG的活性，且发现这些果实的软化均与PG活性呈正相关(XUEetal.,2006;叶志彪等.,1994;庄军平等.,2009)。番茄正常成熟时硬度迅速下降，而PG活性迅速上升，而在番茄果实成熟突变体nor中，在果实成熟阶段并未检测到PG活性(KUMARetal.,2018)。研究发现，番茄果实中有三种PG的同工酶，其中PG1在果实成熟早期起主要作用，而PG2a和PG2b在果实成熟后期发挥关键作用。果胶甲酯酶(PME)的作用是水解果胶分子上修饰半乳糖醛酸的甲基，同时释放出H+，降低了局部微环境的pH，激发多种细胞壁水解酶的活性，从而增加果胶分子的溶解度。有研究指出，PME的催化作用为PG发挥作用的前提。PME的活性随着果实的成熟而有所增加(WANG,etal.,2018)。果胶裂解酶(PL)能切断α-1,4-糖苷键使果胶大分子降解，此外，果胶裂解酶还可以使多聚半乳糖醛酸降解(MARIN-RODRIGUEZetal.,2002;WILLATS,etal.,2001)。果胶裂解酶(PL)首先在微生物中被发现，植物中最早在花粉中发现了PL的活性。PL能使花粉管细胞壁疏松，促进花粉萌发(TANIGUCHIetal.,1995;WINGetal.,1990)。目前在多种水果果实成熟过程中发现了PL酶活性。芒果中的PL特异的在成熟果实中表达，而在其他组织中不表达(CHOURASIAetal.,

中国农业科学院博士学位论文第一章绪论5醇形成途径被修饰成初级醇和蜡质酯。烷烃可进一步被中链烷烃羟化酶(MAH1/CYP96A15)催化，该酶可以氧化烷烃生成仲醇和酮(GREERetal.,2007)。角质层组分在内质网(Endoplasmicreticulum,ER)上被合成后需要转运至质膜(plasmamembrane,PM)上，再通过质膜和细胞壁到达植物表面。角质层组分穿过质膜可以通过两种机制：（1）通过质膜上的转运子CER5/ABCG12和ABCG11形成的同源或异源二聚体；（2）通过胞吐作用(KUNSTandSAMUELS,2003)。近年来研究发现位于PM上的糖基磷脂酰肌醇(GPI)-锚定脂质转运蛋白LTPG1和LTPG2参与角质层蜡质的分泌(KIMetal.,2012;KUNSTandSAMUELS,2003)，但是其分子机理仍不清楚。图1-3果实表皮角质单体和蜡质组分的生物合成途径(YEATSandROSE,2013)Fig.1-3Biosyntheticpathwaysforcutinmonomersandwaxconstituentsinthefruitepidermis(YEATSandROSE,2013)1.2.2.3番茄果实成熟过程中角质层的变化角质层的结构和组分在番茄果实成熟过程中是不断变化和积累的（图1-4）。从番茄绿熟期到红熟期过程中，尽管构成角质的长链脂肪酸含量会减少，但三萜类物质的增加弥补了这种减少，使得角质含量基本不变。而蜡质的含量在不断积累，栽培番茄‘MicoTom’从绿熟期到红熟期，蜡质含量会不断增加(LEIDEetal.,2007a)。角质和蜡质组分和含量的改变，最终影响了角质层的结构和厚度，从而影响果实硬度。此外，番茄果实成熟过程中多种类黄酮化合物在外果皮积累(VERHOEYENetal.,2002)，其中最主要的是柚皮苷查尔酮，大约占红熟期外果皮干重的1%(MUIRetal.,2001)。柚皮苷查尔酮不仅使角质层呈现橙色，而且赋予了角质层一定的机械强度和韧性(ESPANAetal.,2014)。

【参考文献】：
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本文编号：3531544