DNA甲基化对番茄果实抗坏血酸合成积累的调控研究

发布时间：2020-05-31 15:47

【摘要】：番茄(Solanum lycopersicum)是园艺学研究中重要的模式植物,含有丰富的抗坏血酸(AsA)等营养成分。DNA甲基化是动物和植物中都存在的一种表观修饰,在植物生长发育中行使重要功能。DNA甲基化对番茄果实AsA等营养品质形成调控有待探索。本课题是从实验室已鉴定的AsA途径中的关键基因入手,通过生物信息学和分子生物学的方法来研究甲基化调控对番茄中AsA含量的影响。本课题的主要结果如下:1、将实验室已经鉴定的GMP、GME等基因通过生物信息学的方法进行比对,寻找同源基因,并通过查阅文献寻找其他AsA途径相关基因,共得到61个AsA合成代谢相关基因。基于番茄不同发育成熟阶段RNA-seq数据对AsA相关基因进行表达分析,结果表明,AC在花后17 d有超过18个基因显著表达,AC在花后42 d有超过14个基因显著表达。分析AsA相关基因在成熟过程中甲基化水平,结果表明,大部分是CG类型的DNA甲基化,在果实发育成熟过程中,基因编码区及启动子区域相对于基因下游更易受到甲基化调控。2、基于转录组的数据分析了番茄基因SlDML2和SlMET1的CRISPR材料中AsA相关基因的变化规律。结果表明,在SlDML2和SlMET1的番茄CRISPR材料中共同受甲基化调控的基因有5个,分别是GR-1、GalUR-5、GME-1、AO-1和APX-7。进一步分析上述材料中AsA相关基因的甲基化水平,鉴定了AsA合成相关基因中GalUR-5基因显著受表观遗传调控。3、分别用水和甲基转移酶抑制剂(5-azaC)处理番茄AC种子和果实开花时期的花梗,观察处理后种子的萌发和果实的发育成熟。结果表明,5-azaC处理的种子发芽率达到了95%,而对照只有72%的发芽率;果实处理后大约提早5 d成熟。测定抗坏血酸含量,结果表明,5-azaC处理后叶片AsA含量相比对照显增加了37%;5-azaC处理后果实中AsA含量相比对照在破色时期增加了44%。4、对5-azaC处理后的植株叶片和果实进行表达分析,发现叶片和果实中的GalUR-5基因均上调表达,利用酶切PCR方法进行GalUR-5的甲基化水平测定,结果表明,5-azaC处理的果实在花后25 d和花后38 d的甲基化水平低于对照。5、对GalUR酶的活性进行测定时发现,5-azaC处理的果实和叶片中酶活均有增加,并在果实成熟阶段更加显著,说明DNA甲基化水平下降促进了GalUR酶的酶活力,从而促进了AsA的积累。通过生物信息学分析GalUR-5的保守结构域、理化性质和组织表达谱,结果表明,GalUR-5保守结构域为Aldo_ket_red,与草莓中GalUR保守结构域相同,与草莓GalUR氨基酸同源性为25%。
【图文】：

主要途径,生物合成,抗坏血酸,高等植物

物抗坏血酸生物合成主要途径（Mellidou and K影响 AsA 生物合成的方式（*调节酶活性，**调控or AsA biosynthetic pathway in plant (Mellidou a indicate how transcription factors influence AsA bi(*enzyme activity, ** regulates protein translation)（GalDH）催化 L-半乳糖生成 L-半乳糖-1,成中的转化效率高，所以在植物中含量很少sA 产生显著的影响（Alhagdow et al 2007）不在此（Smirnoff et al 2000）。最早在豌豆中被克隆。拟南芥中超量表达 GalDH 基因发化不显著，从侧面验证了合成途径中的限速则降低了酶活性，此后在菠菜（Mieda et（邹礼平 2009）中都有克隆到 GalDH。

植物DNA,甲基化,甲基转移酶,家族

DNA 甲基化对番茄果实抗坏血酸合成积累的调控研究根据结构域的保守性，DNA 甲基转移酶依据甲基转移酶的 C 末端催化结构分为四个不同的家族：DNA 甲基转移酶 1（DNMT1）家族，DNMT3 家族，DNMT2家族和 CMT 家族（郑小梅和吴宁峰 2009）。甲基转移酶 DNMT1 是真核生物研究中发现的基因（Du et al 2015）。甲基转移酶 DNMT1 与 DNA 复制直接相关（施金龙 2010）。DNMT1 有从头甲基化的能力和 DNA 复制去甲基化的功能，突变后的 DNMT1 可以启动甲基化过程，，植物中 DNMT1 家族又称为 MET 家族（Du et al 2015）。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S641.2

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