NAC类转录因子调控香蕉果实诱导耐冷性及成熟的机制分析

发布时间：2017-12-26 16:40

  本文关键词：NAC类转录因子调控香蕉果实诱导耐冷性及成熟的机制分析　出处：《华南农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：香蕉是呼吸跃变型果实,常温下贮藏很快出现乙烯峰,导致果实成熟快,货架期短。降低贮藏的温度,可以减弱香蕉的呼吸强度,延长贮藏期。然而,香蕉果实对低温十分敏感,在低于13℃时即会出现冷害症状,降低商品价值。因此,深入研究香蕉果实的耐冷和成熟机制,可为提高香蕉果实品质和延长货架期提供重要理论依据。NAC是一类植物特有的转录因子,在植物生长发育和抗逆反应中发挥重要作用。我们前期的研究发现,外源丙烯(乙烯功能类似物)处理可以诱导香蕉果实耐冷性,乙烯和成熟诱导了香蕉MaNAC1和MaNAC2的表达。然而,MaNAC1/2是如何调控丙烯诱导的香蕉果实耐冷性以及成熟的,是否还有其它家族成员的NAC转录因子参与对果实成熟的调控,还不清楚。本论文中,我们深入分析了MaNAC1/2及其它家族成员的NAC转录因子在香蕉果实诱导耐冷性和成熟调控中的作用机制。主要结果如下:1.MaNAC1通过与ICE1-CBF冷信号通路互作来参与丙烯诱导的香蕉果实耐冷性。通过荧光定量分析,发现MaNAC1的表达受低温诱导,外源丙烯在减轻香蕉果实冷害的同时亦明显促进了MaNAC1在低温下的表达。原生质体瞬时表达分析显示,低温及外源乙烯均可以显著诱导MaNAC1基因启动子的活性,这进一步说明MaNAC1能够响应低温逆境,并与丙烯诱导的耐冷性有关。更为重要的是,通过酵母单杂交、凝胶阻滞分析和瞬时表达分析实验,证实MaNAC1是MaICEl的直接靶基因,低温增强了MaICE1结合MaNAC1启动子的能力,并且受到磷酸化修饰的影响。2.香蕉果实成熟过程中,MaNAC1/2与RING类E3泛素连接酶MaXB3相互拮抗地影响乙烯信号和合成。通过转录活性分析,发现MaNAC1和MaNAC2是转录抑制子。经凝胶阻滞分析、染色质免疫共沉淀和瞬时表达分析,表明MaNAC1和Ma NAC2可以直接结合乙烯信号负调控因子MaRTH1和MaERF11的启动子并抑制其表达。蛋白质互作和泛素降解实验发现,RING类E3泛素连接酶MaXB3与MaNAC2、MaACS1和MaACO1互作,并通过26S蛋白酶体途径泛素化降解MaNAC2、MaACS1和MaACO1,进而削弱MaNAC2的转录抑制能力和乙烯合成。更有意思的是,MaNAC1和MaNAC2还可以直接结合MaXB3的启动子并抑制其表达,反馈抑制MaXB3介导的泛素化降解,维持MaNAC2、MaACS1和MaACO1的蛋白稳定性。3.MaSPL1、MaMADS1和MaNAC10-12之间通过形成一个调控乙烯合成的级联网络,来参与香蕉果实成熟过程。为了挖掘与MaNAC1/2作用机制不同的其它家族成员的NACs,从香蕉基因组中分离了11个NAC基因,命名为MaNAC7-17。通过表达分析和转录活性检测,从中挑选出了成熟过程中明显上调的且为转录激活子的MaNAC10-11和明显下调的且为转录抑制子的MaNAC12-14进行后续分析。结果显示,MaNAC10和MaNAC11协同性的直接激活MaACS1和MaACO1的表达,MaNAC12则抑制MaACS1和MaACO1的表达。进一步筛选MaNAC10-14的上游调控因子,发现MaSPL1可以结合MaNAC10/11的启动子并激活其表达,而MaMADS1结合MaNAC12的启动子并抑制其表达。此外,MaXB3也与MaNAC10和MaNAC11互作,并泛素化降解MaNAC10和MaNAC11,进而减弱MaNAC10/11激活MaACS1和MaACO1的能力。
[Abstract]:Banana is a respiratory climacteric fruit. The ethylene peak appears quickly in storage at normal temperature, which causes the fruit to mature quickly and the shelf life is short. Reducing the temperature of storage can reduce the respiratory intensity of bananas and prolong the storage period. However, banana fruit is very sensitive to low temperature. Cold injury symptoms will appear at less than 13 C and reduce the value of commodity. Therefore, the study of the mechanism of cold tolerance and maturation of banana fruit can provide an important theoretical basis for improving the quality of banana fruit and prolonging the shelf life. NAC is a kind of plant specific transcription factor, which plays an important role in plant growth and resistance. Our previous studies found that exogenous propylene (ethylene functional analogue) treatment could induce cold tolerance of banana fruit, and ethylene and maturation induced the expression of MaNAC1 and MaNAC2 in banana. However, how MaNAC1/2 regulates the cold tolerance and maturity of the banana fruit induced by propylene, and whether the NAC transcription factors of other family members are involved in the regulation of fruit ripening is not clear. In this paper, we analyzed the mechanism of NAC transcription factors of MaNAC1/2 and other family members in the regulation of cold tolerance and maturation of banana fruit. The main results are as follows: 1.MaNAC1 is involved in the interaction of the ICE1-CBF cold signal pathway to participate in the cold resistance of the banana fruit induced by propylene. By fluorescence quantitative analysis, it was found that the expression of MaNAC1 was induced by low temperature, while exogenous propylene reduced the chilling injury of banana fruit, and also promoted the expression of MaNAC1 at low temperature. Transient expression analysis of protoplasts showed that both low temperature and exogenous ethylene could significantly induce the activity of MaNAC1 gene promoter, which further indicated that MaNAC1 could respond to low temperature stress and is related to propylene induced chilling tolerance. More importantly, by yeast one hybrid, gel retardation analysis and transient expression analysis, it is confirmed that MaNAC1 is a direct target gene of MaICEl. Low temperature enhances the ability of MaICE1 to bind to MaNAC1 promoter and is affected by phosphorylation. 2. the interaction of MaNAC1/2 and RING E3 ubiquitin ligase MaXB3 affects ethylene signal and synthesis during the ripening of banana fruit. Through the analysis of transcriptional activity, MaNAC1 and MaNAC2 were found to be transcriptional suppressors. Gel retardation analysis, chromatin immunoprecipitation and transient expression analysis showed that MaNAC1 and Ma NAC2 could directly bind to ethylene signal negative regulator MaRTH1 and MaERF11 promoter and inhibit its expression. Protein interaction and ubiquitin degradation experiments showed that RING E3 ubiquitin ligase MaXB3 interacted with MaNAC2, MaACS1 and MaACO1, and ubiquitin degraded MaNAC2, MaACS1 and MaACO1 through 26S proteasome pathway, thereby weakening the transcriptional inhibition ability of ethylene and ethylene synthesis. More interesting is that MaNAC1 and MaNAC2 can also directly combine MaXB3 promoter and inhibit its expression, feedback inhibit MaXB3 mediated ubiquitination and maintain MaNAC2, MaACS1 and MaACO1 protein stability. 3.MaSPL1, MaMADS1 and MaNAC10-12 are involved in the ripening of banana fruit by forming a cascade network that regulates the synthesis of ethylene. In order to excavate NACs from other family members, different from the MaNAC1/2 mechanism, 11 NAC genes were isolated from the banana genome, named MaNAC7-17. Through expression analysis and transcriptional activity detection, we picked out MaNAC10-11 which was significantly up-regulated during maturation, and transcriptional activator, and downregulated transcriptional inhibitor MaNAC12-14. The results showed that the CO activation of MaNAC10 and MaNAC11 directly activates the expression of MaACS1 and MaACO1, and MaNAC12 inhibits the expression of MaACS1 and MaACO1. Further screening for upstream regulatory factors of MaNAC10-14 showed that MaSPL1 could bind to MaNAC10/11 promoter and activate its expression, while MaMADS1 combined with MaNAC12 promoter and inhibited its expression. In addition, MaXB3 also interacts with MaNAC10 and MaNAC11, and ubiquitin degradation of MaNAC10 and MaNAC11, thereby reducing the ability of MaNAC10/11 to activate MaACS1 and MaACO1.
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S668.1

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本文编号：1338041