转录因子SlBEL11调控番茄果实叶绿素代谢和成熟的分子机制研究

发布时间：2020-06-29 13:28

【摘要】：光合作用为番茄果实生长发育提供能量、糖类及其他化合物,叶绿体是光合作用场所,叶绿素是光系统的重要组成部分。番茄果实中叶绿体的发育和叶绿素的代谢影响果实的发育和品质。目前,关于调控叶绿体发育和叶绿素代谢的转录因子研究较少,其调控机制仍不清晰。本研究采用VIGS(virus-induced gene silencing)筛选、植物遗传转化和转录组测序(RNA-Seq)及其他生物学研究方法,分析SlBEL11(BEL1-LIKEHOMEODOMAIN 11)转录因子调控叶绿体发育和叶绿素代谢的分子机制,并初探SlBEL11其他功能,主要结论如下:1、本研究以番茄Micro-Tom为材料,采用VIGS技术研究番茄果实成熟时期特异性表达的7个含HD结构域(homeodomain)的转录因子功能,发现番茄果实中抑制SlBEL11的表达会显著增加未成熟时期果实叶绿素的积累,表明SlBEL11可能调控果实中叶绿素的代谢途径。2、以番茄Micro-Tom为材料,通过遗传转化获得SlBEL11 RNAi转基因植株,未成熟时期果实中叶绿素积累增加,叶绿体数量增多,表明SlBEL11调控叶绿素的积累和叶绿体的发育。采用RNA-Seq分析转基因绿熟时期果实与对照组相应时期果实中差异表达基因,这些基因的功能分类涵盖包括与光合作用相关的类囊体、前体代谢物和能量等多个途径。3、RNA-Seq分析结果中,有48个表达量上调的基因参与叶绿素合成、光合作用和叶绿体发育途径,通过全基因组扫描BELL结合位点,与转录组数据综合分析发现,48个基因中有22个基因可能为SlBEL11蛋白的靶基因,主要包括叶绿素合成途径基因POR(protochlorophyllide reductase)、CHLH(Magnesium chelatase H subunit)和 CAO(chlorophyllide a oxygenase)和叶绿体发育相关基因 CAB(chlorophyll a/b binding protein)、TKN2(homeobox protein knotted 2)等。4、通过凝胶阻滞迁移率(EMSA)试验和染色质免疫共沉淀(ChIP)试验结果表明SlBEL11蛋白在体内和体外都可以与TKN2、CAB和POR启动子区域结合,被认为是SlBEL11的有效靶基因。双荧光素酶报告基因(DLR)试验结果表明SlBEL11蛋白负调控TKN2、CAB和POR的表达。5、此外,SlBEL11 RNAi番茄与野生型番茄相比果实破色延迟、果实显著变大且易脱落,表明转录因子SlBEL11还可能调控番茄果实发育和成熟等途径。总之,本研究表明转录因子SlBEL11在番茄果实叶绿素积累和叶绿体发育过程中发挥着重要的作用,同时具有调控番茄果实发育成熟的多种生物学功能。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S641.2
【图文】：

同时没６／＾：２表达水平上调（１＾１＾／0／．，２０丨４）。柑橘中乙烯响应因子（：／／￡７＾；７＿？与柑橘变绿过逡逑程中叶绿素降解有关（Ｙｉｎ邋ｅ／ａ／．，２０１６）。逡逑Ｎａｄａｋｕｄｕｔｉ等（２０１４）在文中对番茄果实中叶绿体发育的调控模型进行了预测（图１－２）逡逑（Ｎａｄａｋｕｄｕｔ邋ｅ／邋ａ／．，２０１４），７７＆Ｖ２邋和邋２＂火Ｗ邋正向调控邋ＧＺＪＯ邋和邋ＪＰ／ＬＲＩＬ伙￡：表达，抑制邋ＧＩＡ７逡逑和表达，油菜素内酯通过ＢＺＲ１－１Ｄ启动ＧＺＸ２表达（Ｌｉｕ邋ｅＭ／．，邋２０１４）。７７以２影响逡逑和表达，ＴＡＴＷ仅影响ＧＬＡＴ２的表达，／／尸在这些基因的上游抑制它们的表达，但逡逑Ｎｇｕｙｅｎ等（２０１４）在文中阐述ＧｉＡ：２作用独立于（Ｎｇｕｙｅｎ邋ｅ／ａ／．，２０１４）。尽管这些转录因子和基逡逑因的研宄表明它们会调控或影响叶绿体发育和叶绿素合成，但其调控模型仍不清楚。逡逑ＨＰ１逡逑Ｉ逡逑ＴＫＮ４逦ＴＫＮ２逡逑ＴＤ＾邋／邋＼逡逑Ｓｌ＾４邋Ｉ邋■邋ＳＩＧＬＫ２邋ＳＩＡＰＲＲ２－ＬＩＫＥ逡逑＼邋／逡逑Ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ逡逑ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ逡逑图１－邋２番前果实中叶绿体发育调控预测模型（Ｎｇｕｙｅｎ邋ｅ／ａ／．，邋２０１４）逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ａ邋ｐｒｏｐｏｓｅｄ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ邋ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｉｎ邋ｔｏｍａｔｏ邋ｆｒｕｉｔ逡逑１．２番茄果实的成熟与调控逡逑番茄是典型的呼吸跃变型果实，成熟受乙烯催化和诱导（Ａｌｂａ邋ｅＭ／．，２００５），同时其成熟过程逡逑也受包括光照、水分、温度、外界物质以及自身基因的表达调控等因素影响。总之

逦文献综述逡逑番茄作为研宄果实发育和成熟的模式植物己经有较长的研宄历史，Ｊａｍｅｓ等人对此过程中主逡逑要变化进行了总结（图１－３），主要包括细胞的分裂（ｃｅｌｌ邋ｄｉｖｉｓｉｏｎ）、细胞的膨大（ｃｅｌｌ邋ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）、逡逑呼吸变化（ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ）即乙稀的合成（ｅｔｈｙｌｅｎｅ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）、果实软化（ｆｒｕｉｔ邋ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ）和类胡萝卜逡逑素的积累（ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄ邋ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ）。花后果实逐渐长大，此时细胞迅速分裂，花后１０邋ｄ左右细胞逡逑分裂明显减缓，此时细胞进入膨大期，约花后３５邋ｄ左右，细胞膨大停止，果实不再生长，果实进逡逑入绿熟时期（种子成熟，果实不再膨大）到破色期（肉眼可见类胡萝卜素积累）至成熟，此过程逡逑是伴随着大量基因参与的生理变化和物质变化，最重要的是乙烯的大量合成，出现呼吸峰，果实逡逑逐渐软化（细胞壁降解）、叶绿素降解和类胡萝卜素积累增加，同时还包括营养物质的积累、风逡逑味香味物质的形成，最终赋予果实特有的感官和风味，具有较高的营养和经济价值。逡逑…逦，

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