番茄果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因表达特性及其对光合作用的调控

发布时间：2020-05-05 07:27

【摘要】：番茄(Solanum lycopersicum L.)是世界上主要的设施蔬菜之一,属于喜光及冷敏感植物,在北方冬春季日光温室生产中经常遭受低温弱光胁迫,严重影响了番茄的生长发育。果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase,FBA)是卡尔文循环中的关键酶,它所催化的反应均位于核酮糖-1,5二磷酸(RuBP)再生阶段,在很大程度上控制碳的固定和流量。为了探明FBA对番茄光合作用的调控机制,本文对番茄FBA家族进行了全基因组鉴定、同源进化分析及表达特性分析;并克隆了SlFBA4和SlFBA7基因,分别构建了SlFBA4和SlFBA7过表达及RNAi表达载体,通过农杆菌介导法遗传转化番茄,分析了SlFBA4和SlFBA7对番茄生长发育及光合作用的影响及其机理,主要结果如下:1.利用BlastP程序,以拟南芥FBA氨基酸序列为搜索序列,在番茄全基因组内搜索番茄FBA基因家族的候选蛋白。利用在线分析工具Pfam和SMART确认番茄FBA基因家族成员。共鉴定出8个番茄FBA基因家族成员,均含有糖酵解结构域,分别命名为SlFBA1~SlFBA8。生物信息分析表明,SlFBA1~SlFBA5定位在叶绿体中,SlFBA6~SlFBA8定位在细胞质中。2.通过MEGA 4.0对SlFBAs基因构建系统进化树,以系统发生关系为基础,对SlFBAs基因进行亚家族分析。番茄SlFBA基因分为2个分支(C1和C2),SlFBA1~SlFBA5属于C1分支,SlFBA6~SlFBA8属于C2分支。通过对FBA蛋白的进化关系分析发现,番茄与拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza.Sativa)及其他植物的FBA蛋白具有较高的同源性。线性分析结果表明,染色体的片段复制是番茄SlFBAs基因家族进化的主要方式。3.不同番茄SlFBAs基因的组织表达特异性不同。SlFBA1、2、3、5、6在叶片中表达量最高;SlFBA4、7、8在果实中的表达量最高。在不同叶位的叶片中,以上数第5叶的SlFBAs表达量和FBA活性最高,而上位叶(第1叶)和下位叶(第10、15叶)的基因表达量与酶活性较低。晴天条件下,番茄功能叶片的(第5叶)净光合速率(Pn)日变化呈单峰曲线型,即上午逐渐升高,12:00达到高峰,之后趋于降低。SlFBAs基因表达量和FBA活性日变化与Pn基本一致,唯在16:00~18:00时略有回升。表明FBA参与调控番茄的光合速率日变化。4.SlFBAs表达受低、高温胁迫诱导,但胁迫时间超过48 h时,其表达量趋于下降;FBA活性随着胁迫时间的延长而降低,低、高温胁迫导致番茄SlFBAs表达和FBA活性下降是引起Pn降低的重要原因之一。5.克隆了SlFBA4及SlFBA7并分别构建了过表达载体和RNAi表达载体。通过农杆菌介导法转化番茄子叶,用qPCR和Western杂交法对具有卡纳抗性的再生株系进行检测,结果表明,转正义植株中SlFBA4及SlFBA7在转录和蛋白水平过表达,而RNAi植株中SlFBA4和SlFBA7的表达量明显降低。6.SlFBA4和SlFBA7过表达番茄株系的种子饱满,千粒重大,亚适温条件下的种子萌发率高,而RNAi株系的种子较小,亚适温条件下发芽慢。SlFBA4和SlFBA7过量表达可使番茄幼苗叶片的FBA活性及卡尔文循环其他酶基因表达水平与活性显著升高,RuBP再生速率明显增加,Pn大幅度提高;该基因表达受到干扰时,结果相反。7.低温弱光胁迫条件下,SlFBA4和SlFBA7过表达转基因番茄种子的萌发率和幼苗的Pn显著高于野生型,丙二醛(MDA)含量及活性氧的积累量显著低于野生型;而基因表达受干扰时,结果与之相反。可见,SlFBA4和SlFBA7过量表达可以提高番茄植株对低温弱光的耐受性,而基因表达受干扰时,番茄植株对低温弱光的耐受性显著降低。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S641.2

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本文编号：2649756