番茄隐花色素CRY1a在生长发育中的功能研究

发布时间：2020-10-12 18:25

　　 隐花色素是植物中一类重要的蓝光受体,调控植物生长发育的多个方面。然而,目前人们对隐花色素功能的认知主要是基于对模式植物拟南芥早期发育阶段的研究而获得的,在其他作物中相关研究还很少。本研究中,通过利用cry1a突变体和CRY1a过表达株系,我们主要对番茄隐花色素CRY1a在生长发育方面的功能及作用机制进行了探究。主要研究结果如下:1、研究了CRY1 对番茄植株营养生长和内源激素平衡的影响。我们的研究发现,与野生型相比,cry1a突变体植株更高但生物量积累减少,CRY1a过表达株系则株型矮小、叶片变厚、生物量也减少。结合转录组分析、荧光定量PCR及高效液相色谱二级质谱联用技术(LC-MS/MS),我们发现,赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTKs)和茉莉酸(JA)的生物合成明显受CRY1a负调控,并且在CRY1a过表达株系叶片中DNA复制也受到严重抑制,而在cry1a突变体中DNA复制却更加活跃,同时,这些变化也伴随着细胞周期相关基因相同的变化趋势。这些结果表明,CRY1a调节内源激素的平衡,在植物生长发育过程中发挥非常重要的作用。2、CRY1a基因显著促进番茄侧枝的形成,而这一作用主要是通过影响植物体内生长素、细胞分裂素和独脚金内酯等激素的平衡及相关基因表达而实现的。CRY1a抑制顶芽中IAA的合成,减弱顶端优势;抑制根系中SLs的合成,同时促进茎节处CTKs的积累,抑制茎节处IAA与CTKs的相对含量及侧芽中负调控转录因子BRC1的表达。这些结果为我们研究CRY1a对侧枝形成的调控机制提供了更加深入的见解。3、对CRY1a调控花青素合成的分子机制进行了深入探究。本研究中我们发现,番茄植株在照蓝光或过表达蓝光受体CRY1a后都能促进其花青素的生成。蓝光和CRY1a基因对花青素生成的促进作用是通过调控SlHY5的mRNA和蛋白积累水平实现的。通过EMSA体外实验和ChIP-qPCR体内实验证实,作为一个转录因子,SlHY5可以识别并直接结合花青素合成基因(如CHS1、CHHS2、DFR等)启动子上的G-box和ACE元件,从而激活这些基因的表达。并且在CRY1a过表达株系中用VIGS技术将SlHY5基因沉默之后,其花青素积累量明显减少。这些发现不仅加深了我们对光质调控花青素合成及相关光保护作用分子机制的理解,也有利于我们对植物中促进色素积累的靶标基因进行探索。4、研究了CRY1a对番茄开花时间、果实产量和品质的影响。结果表明,过量表达CRY1a使番茄开花时间延迟,单果重量、单株果实数量和产量也都显著下降,而cry1a突变体植株的果实数量和产量都显著提高。对红熟果实营养物质含量的分析表明,过量表达CRY1a使果实葡萄糖、果糖、柠檬酸以及番茄红素含量显著提高,而蔗糖和苹果酸含量都降低。我们的实验结果表明,过表达CRY1a基因降低了番茄果实产量,但对营养物质积累却具有非常显著的促进作用。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S641.2
【部分图文】：

２００５；?Ｙａｎｇ?ｅ，ａ／”?２００１）。??ＣＯＯＨ??图１．１隐花色素的蛋白结构示意图（ＭｉｓｈｒａＫ?ａ／．，２０１７）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｄｏｍａｉｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＣＲＹｓ．??１．３隐花色素的亚细胞定位??拟南芥的两种隐花色素ＣＲＹ１和ＣＲＹ２都是可溶性蛋白，且都是核蛋白（Ｌｉｎ??２００３）。ＣＲＹ１同时存在于细胞核和细胞质中，但在两者中的相对含量受蓝??光调控：黑暗下ＣＲＹ１会被运到核内，照光后又会被运出核或滞留在细胞质中。??这就导致光照下生长的植株体内，大部分ＣＲＹ１蛋白位于细胞质中，而黑暗下生??长的植株其ＣＲＹ１蛋白则主要位于细胞核内（Ｗｕ?ｅｆ?ａ／．，２００７ａ；?Ｙａｎｇ?ｅＭ／．，２０００）。??然而，定位于核内的ＣＲＹ１蛋白介导了绝大部分依赖于ＣＲＹ１的光反应（Ｗｕｅｒ??ａ／．，?２００７ａ）。无论何种光照条件下，ＣＲＹ２始终都定位于细胞核内，并且ＣＲＹ２在??蓝光下会在细胞核内聚集形成光小体（ｐｈｏｔｏｂｏｄｙ）

ＣＫ：?Ｈ２０．??國??图２．２农杆菌介导法获得番茄Ｃ／？７／ａ基因过表迖番茄植株??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?ＣＲＹｌａ?ｇｅｎｅ?ｏｖｅｒ－ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ?ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ?ｐｌａｎｔｓ?ｗｅｒｅ?ｇｅｎｅｒａｔｅｄ??ｂｙ?Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．??２６??

ｐｕｍ??邊??图２．１番茄Ｃｉ？ｎａ基因的扩增（Ａ）及过量表达载体的酶切鉴定（Ｂ）??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｃｌｏｎｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＣＲＹｌａ?ｇｅｎｅ?（Ａ）?ａｎｄ?ｅｎｚｙｍｅ?ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ?ｏｆ?ＯＥ－ＣＲＹｌａ－??３ＨＡ?ｖｅｃｔｏｒ?（Ｂ）．?Ｍ：?Ｍａｒｋｅｒ?２Ｋ，?Ｐ：?ＯＥ－Ｃ／？Ｆ／ａ－３ＨＡ?ｐｌａｓｍｉｄ?Ｃ：?Ｃｉ？Ｆ７ａ，??ＣＫ：?Ｈ２０．??國??图２．２农杆菌介导法获得番茄Ｃ／？７／ａ基因过表迖番茄植株??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?ＣＲＹｌａ?ｇｅｎｅ?ｏｖｅｒ－ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ?ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ?ｐｌａｎｔｓ?ｗｅｒｅ?ｇｅｎｅｒａｔｅｄ??ｂｙ?Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．??２６??
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本文编号：2838112