温度胁迫下番茄叶绿体与细胞核双定位WHIRLY1蛋白的功能分析

发布时间：2021-08-21 06:03

　　番茄（Solanum lycopersicum）是一种典型的对温度十分敏感的蔬菜作物,在我国北方保护地栽培过程中经常受到低温及高温的伤害,造成落花落果,给菜农带来巨大的经济损失。作物产量有机物的95%以上都来自于光合作用。叶绿体不仅是光合作用的重要场所,而且对温度胁迫尤为敏感。在叶绿体中,1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）和光系统II（PSII）核心蛋白D1是温度胁迫抑制作物光合能力并限制其生长发育的两个主要靶点。在温度胁迫下,叶绿体中卡尔文循环关键酶的活性降低,导致大量过剩光能的产生,造成光系统II的光抑制,从而降低番茄植株的光合能力。因此,挖掘温度胁迫下番茄光保护的相关基因并阐明其作用机制,对于温度敏感的蔬菜作物的抗逆栽培和育种都具有重要的科学意义和实践价值。我们从番茄低温诱导表达库中发现并鉴定了一个编码叶绿体和细胞核双定位SlWHIRLY1（SlWHY1）蛋白的基因。qRT-PCR、Western blot和GUS染色实验显示WHY1的转录和翻译水平均在低温诱导后上调。继而我们通过农杆菌介导的番茄叶盘转化获得了SlWHY1的过表达株系及RNAi株系。经低温处理（4°C）... 

【文章来源】：山东农业大学山东省

【文章页数】：107 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

拟南芥光系统II的修复循环机制（Luetal.,2016）

温度胁迫下番茄叶绿体与细胞核双定位WHIRLY1蛋白的功能分析10图1-2植物中Rubisco的生物合成（WilsonandHayer-Hartl,2018）Fig.1-2ThebiogenesisofRubiscoinplant（WilsonandHayer-Hartl,2018）Rubisco小亚基（RBCS）由细胞核基因组编码，根据物种不同其家族约有2-6个成员（Sasanuma,2001）。RBCS在细胞核中转录后在其信号肽的引导下进入叶绿体中辅助Rubisco大亚基（RBCL）维持Rubisco酶的活性，对光合作用及作物产量有着重要意义。人们曾尝试在叶绿体基因组中插入RBCS的基因序列，使RBCS直接在叶绿体合成，大大提高了Rubisco的效率，并增加了植株的产量（Dhingraetal.,2004）。长期以来，人们一直在探究RBCS与Rubisco全酶的关联。在拟南芥中，过表达RBCS基因家族的两个成员RBCS1A和RBCS3B能够增加Rubisco含量并提升植株光合能力（Izumietal.,2012）。在水稻中，RBCS同样与Rubisco全酶有正向的级联关系：RBCS表达水平的降低会引起Rubisco含量的减少（Suzukietal.,2010；Kannoetal.,2017）。这表明RBCS对植物的Rubisco含量起着重要的正向作用，但其在细胞核中的转录调控机制一直以来却鲜为人知。在番茄中，RBCS基因家族由五个成员（RBCS1、RBCS2、RBCS3A、RBCS3B、RBCS3C）组成（Sugitaetal.,1987；Wanneretal.,1991）。其中，RBCS1和RBCS2在番茄果实成熟前期表达量较高，RBCS3A却在该时期番茄中表达量较低，而RBCS3B和RBCS3C在该时期基本检测不到表达量。因此，RBCS家族各成员的表达存在着时空差异。此外，

温度胁迫下番茄叶绿体与细胞核双定位WHIRLY1蛋白的功能分析14为一种重要的植物病源响应的信号物质参与到低温应答的机制受到人们广泛的关注。外源施加SA则能够维持CBF及冷调蛋白COR47的表达（Chengetal.,2016），但其中具体调控机制仍不清楚。此外，低温胁迫下乙烯和水杨酸信号途径似乎存在着交叉响应机制，而EIN3可能是其中的关键节点，它不但能够响应乙烯信号参与低温响应机制，还能参与低温下SA的信号途径转导：无论是在常温还是低温下，EIN3均能抑制SA的生物合成及SA下游基因的表达（Lietal.,2019）。随着研究的逐渐深入，CBF-COR这条典型的低温响应通路被逐渐丰富成为了一个低温调控网络。那么是否存在一些其他转录因子介导的且独立于CBF的重要的低温信号通路？低温信号又是如何对叶绿体这一低温敏感的细胞器进行调控的？这些都是我们需要关注的问题。图1-3低温胁迫响应机制（Pengetal.,2015）Fig.1-3Theresponsemechanismofchillingstress（Pengetal.,2015）1.2高温胁迫高温胁迫一直以来都是限制作物生长、影响作物产量的另一种常见的非生物胁迫。


本文编号：3355025