脱落酸及脱落酸-乙烯互作调控番茄果实成熟的效应与机理

发布时间：2020-06-21 04:35

【摘要】：脱落酸(ABA)能够调控跃变型果实的成熟,并且ABA能够在果实成熟过程中促进乙烯的合成及信号转导。但是目前关于ABA和ABA-乙烯如何协同调控成熟相关的一系列生理生化进程以及ABA与乙烯之间互作的分子机制还研究较少。因此,本课题对绿熟期的樱桃番茄果实采用外源ABA及ABA生物合成抑制剂(NDGA)处理,结合转录组测序和多种分子生物学分析手段,探究ABA对番茄果实成熟相关的次生代谢途径的影响,以及ABA对乙烯合成及信号响应的调控机理。研究结果表明:1.外源ABA处理能够明显加快番茄的成熟,包括果实变红、软化、类胡萝卜素合成及叶绿素降解,而NDGA处理则会抑制这些生理生化过程。实验番茄果实的转录组测序共得到25728个基因,其中10388个基因的表达量受外源ABA/NDGA处理后差异显著。数据表明外源ABA能够显著上调类胡萝卜素合成及叶绿素降解通路中的关键基因,而NDGA处理则相反。同时,ABA能够正调控果实内黄酮类化合物的积累及抗氧化系统相关基因的表达。此外,还发现抑制内源ABA的积累能够显著上调光合作用相关基因的表达。2.外源ABA、NDGA处理均会改变番茄果实中芳香物质的组分及比例。同时,果实中一些重要挥发物质的含量在外源ABA处理后得到明显提升,但在NDGA处理后却受显著抑制,表明ABA对番茄的香气合成起到正调控的作用。其中,在C6脂肪酸衍生挥发物的合成过程中,ABA能够通过上调TomloxC、TomloxB和HPL基因的表达及LOX酶的活性从而促进hexanal(己醛)、3-hexenal(3-己烯醛)、(E)-2-hexena(2-己烯醛)的积累。同时,ABA能通过诱导LeAADCs和SlBCAT1的表达来促进氨基酸衍生挥发物phenylethyl alcohol(苯乙醇)和2-Isobutylthiazole(2-异丁基噻唑)的合成。ABA还可能通过加快果实成熟来影响该通路中LePAR1和LePAR2的表达。并且,ABA能够对类胡萝卜素衍生途径中关键基因LeCCD1B的正调控从而提高6-methyl-5-hepten-2-one(6-甲基-5-庚烯-2-酮)的积累。3.在番茄果实成熟过程中,外源ABA处理能够显著提高果实内总ABA的含量及乙烯的合成,而NDGA处理的效果则恰好相反。高通量测序并结合qRT-PCR全时间序列分析结果表明,ABA能够通过诱导LeNCED2、NCED4、UGT73B3、PYL9并抑制LeCYP707A1、HAI2基因的表达来影响自身合成、代谢及信号转导。同时,ABA能够通过影响关键基因LeACS4、LeACS2、LeACO1、LeGR和LeETR6的表达来促进乙烯的合成及信号响应。并且,在对番茄进行ABA+1-MCP处理后发现乙烯对ABA的合成及信号转导也起到一定的作用。此外,一些特异性调控乙烯的转录因子(例如MADS-RIN、TAGL1、CNR和NOR)在转录水平上也受ABA的影响,暗示ABA可能通过调控这些转录因子的表达进而影响乙烯的作用。4.SlAREB1是位于ABA信号通路下游的关键转录因子,能够应答ABA信号,诱导乙烯合成相关基因的表达而促进乙烯的释放及果实的成熟。NOR属于NAC转录因子蛋白家族,能够作用于乙烯的上游正调控乙烯的合成。本研究的实验数据提示,在番茄果实的成熟过程中,SlAREB1和NOR的表达量均受ABA的诱导,且SlAREB1的表达量要先于NOR提前出现峰值。通过酵母单杂交(Y1H)、凝胶迁移实验(EMSA)以及双荧光素酶分析,证实SlAREB1能够与NOR的启动区域(起始密码子上游-549~-545 bp)的ABRE元件结合并激活其转录。此外,将SlAREB1在番茄果实中瞬态过表达能够显著上调NOR及乙烯合成关键基因SlACS2、SlACS4和SlACO1的表达。这些研究结果表明,SlAREB1响应ABA信号,介导激活NOR转录进而促进乙烯的合成,可能是番茄果实成熟过程中ABA参与乙烯生物合成调控的一种重要分子机制。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S641.2;TS255.3
【图文】：

图 1.1 植物类胡萝卜素生物合成途径[2]Figure 1.1 The biosynthesis pathway of carotenoids in plants[2]1.1.2 番茄果实成熟过程中叶绿素的代谢通路番茄果实随着成熟颜色变红不仅是由于类胡萝卜素的积累，叶绿素的降解也

图 2.2 活性氧清除机制[27]Figure 2.2 Reactive oxygen species (ROS) scavenging pathways[27]呼吸作用是活性氧产生的主要来源之一[33]。番茄由于是典型的呼吸跃变型果实，因此其活性氧的合成主要集中在成熟较后期的阶段。早前的文献报道，番

本文编号：2723520