MdCIPKs在苹果果实发育中的作用及机理分析

发布时间：2017-03-05 09:06

  本文关键词：MdCIPKs在苹果果实发育中的作用及机理分析，由笔耕文化传播整理发布。

《中国农业大学》 2015年

MdCIPKs在苹果果实发育中的作用及机理分析

党瑞红  

【摘要】：果实发育和成熟调控是果树学科的热点和核心问题。根据果实发育和成熟的生理特片,果实可分为呼吸跃变和非呼吸跃变两个主要类型。多年来,人们围绕果实发育机理开展了大量研究,但这些研究多集中在果实发育及成熟过程中生理生化代谢的变化上,而对操纵生理生化代谢的机理了解甚少。近年来,随着分子生物学和细胞生物学的快速发展,人们逐步认识到,一切代谢调控的基础是细胞信号转导。苹果是世界四大水果之一,也是典型的呼吸跃变型果实。本研究以苹果金冠为材料,试图从细胞信号转导的角度,深入解析苹果果实发育和成熟的分子基础。 生物信息学分析表明,苹果基因组中含有18个MdCIPK成员。该家族成员属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,具有激酶域、调节域和连接域,激酶域有ATP酶结合位点,调节域具有NAL/FISL基序和PPI位点。MdCIPKs时空表达分析表明,在18个MdCIPKs成员中,MdCIPK12的表达特征与苹果果实发育和成熟进程关系尤为密切,因此,MdCIPK12可能与苹果果实发育和成熟有关。 药理学试验表明,乙烯合成前体ACC处理苹果果实可大幅诱导MdCIPK12的表达。相反,乙烯受体抑制剂MCP处理果实可明显抑制MdCIPK12的表达,在苹果果实愈伤组织中,干扰乙烯信号转导核心组分MdEIN2的表达,可明显抑制MdCIPK12的表达,且在培养基中添加ACC也不能提高MdCIPK12表达。以上结果表明,MdCIPK12参与了乙烯信号转导,位于MdEIN2(?)言号下游,同时也暗示着MdCIPK12在果实发育和果实成熟中可能起着重要作用。 利用VIGS-TRV系统,在番茄果实中干扰MdCIPK12同源基因SlCIPK12的表达,可显著延缓番茄果实的发育和成熟进程,说明CIPK12在苹果果实发育和成熟过程中可能起着重要作用。为进一步证实CIPK12在果实发育和成熟调控中的作用,我们建立了番茄稳定转基因体系。在反义干扰SlCIPK12的稳定转基因株系中,与对照相比,果实的发育和成熟进程明显延缓,同时,一系列乙烯信号通路基因(SlETR3、SlETR4、SlETR6、SlEIN2、SlCTR1)及果实成熟相关基因的表达(色素代谢路径基因SlGGPSl.SlGGPS2.SlPSYl.SlPSY2.SlZDS.SlPDS.SlBcyc基因和糖运输相关SlSUT1)下调,以上结果表明CIPK12在苹果果实发育和成熟进程中的确起着重要作用。 为深入了解MdCIPK12调控果实发育和成熟的机理,研究进一步揭示了MdCIPK12的物理互作蛋白。双分子荧光分析(BiFC)表明,MdCIPK12可与苹果核苷二磷酸蛋白激酶(Nucleoside diphosphate kinase,NDPK) MdNDPKl互作。亚细胞定位显示两者都位于质膜区域和内质网,免疫共沉淀验证了MdCIPK12与MdNDPK1的互作关系。进一步分析发现,在苹果果实发育和成熟进程中,MdNDPK1和MdCIPK12有着相似的表达和应答特征,均在果实发育后期上调表达,表达受ACC诱导和MCP的抑制,且MdCIPK12和MdNDPK1表达均可响应ABA、蔗糖、盐胁迫和干旱刺激。这些结果说明,MdCIPK12-MdNDPKl信号通路在苹果果实发育和成熟过程中起着重要作用。 总之,本研究通过各种现代分子生物学技术,发现MdCIPK12在苹果果实发育和成熟调控中起着重要作用,并揭示了MdCIPK12的作用可能和乙烯信号转导有着密切关系,且与MdNDPK1信号蛋白存在着物理互作关系。该研究大大加深了对苹果果实发育及成熟调控机理的认识,对进一步深入解析跃变型果实发育和成熟调控的分子机理奠定了基础,同时对今后通过基因工程实现果树果实发育调控及品质改良具有一定的指导意义。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S661.1
【目录】：

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