細(xì)胞分裂素(CKs)是一類重要的植物激素,在細(xì)胞分裂、頂端優(yōu)勢(shì)、葉片衰老、根的形成和生長(zhǎng)、果實(shí)發(fā)育、以及適應(yīng)逆境等多個(gè)方面發(fā)揮重要作用,但目前關(guān)于CKs在果實(shí)成熟方面的調(diào)控還未見(jiàn)報(bào)道。異戊烯基轉(zhuǎn)移酶(isopentenyl transferase,IPT)是CKs合成的限速酶,催化CKs合成的第一步,不同的IPT基因可能調(diào)控不同的CKs合成。因此,研究IPT基因的生物學(xué)功能對(duì)揭示CKs的調(diào)控機(jī)制具有重要意義。番茄紅素是一種重要的類胡蘿卜素,在番茄果實(shí)成熟過(guò)程中大量積累,并賦予果實(shí)鮮艷的紅色,是番茄果實(shí)成熟的重要特征之一。番茄紅素合成和分解代謝過(guò)程受到很多因素的調(diào)控(包括植物激素),但是對(duì)其合成的具體調(diào)節(jié)機(jī)制還知之甚少。本研究分析了CKs合成基因SlIPT4在番茄中的表達(dá)特征以及其對(duì)不同激素處理和逆境脅迫的響應(yīng)。同時(shí),通過(guò)超表達(dá)和RNAi技術(shù)對(duì)其生物學(xué)功能進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)果如下:(1)利用RT-PCR技術(shù)對(duì)SlIPT4進(jìn)行表達(dá)模式分析,結(jié)果表明,SlIPT4在嫩葉中具有較高的表達(dá),隨著葉片的成熟和衰老,其表達(dá)量逐漸降低;在坐果期的子房中(-2 dpa-4 dpa)SlIPT4大量積累,但在青熟期的果實(shí)中SlIPT4保持較低的表達(dá)水平,隨著果實(shí)成熟SlIPT4表達(dá)量迅速增加,在破色期到紅果期增速最為明顯,表明SlIPT4可能在番茄葉片衰老、果實(shí)前期發(fā)育以及成熟過(guò)程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。(2)SlIPT4對(duì)不同激素和逆境處理的響應(yīng)分析表明:生長(zhǎng)素(IAA)、乙烯合成前體ACC和乙烯合成抑制劑AgNO_3處理對(duì)SlIPT4的表達(dá)幾乎無(wú)影響,而生長(zhǎng)素抑制劑NPA處理增強(qiáng)SlIPT4基因的表達(dá);脫落酸(ABA)能明顯地抑制SlIPT4的表達(dá);干旱脅迫、鹽脅迫和水脅迫均能抑制SlIPT4的表達(dá)。這些結(jié)果表明,SlIPT4可能參與番茄非生物脅迫的適應(yīng)過(guò)程,并受ABA調(diào)節(jié)。(3)構(gòu)建SlIPT4的超表達(dá)和沉默載體,利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法分別轉(zhuǎn)化番茄子葉,獲得SlIPT4超表達(dá)和沉默轉(zhuǎn)基因株系。表型分析發(fā)現(xiàn),SlIPT4超表達(dá)株系與野生型植株間的差異不明顯,而SlIPT4沉默株系展現(xiàn)出明顯的表型變化。(4)SlIPT4沉默導(dǎo)致番茄葉片加速衰老、葉片中葉綠素含量降低、葉綠素合成正調(diào)控基因GLK2表達(dá)下調(diào)、葉綠素降解正調(diào)控基因SGR表達(dá)上調(diào)、光合作用正調(diào)控基因Rbcs3A表達(dá)下調(diào),表明SlIPT4可能通過(guò)調(diào)節(jié)番茄葉片中葉綠素的合成及代謝來(lái)調(diào)控葉片衰老過(guò)程。(5)SlIPT4沉默造成永不變紅的橙色果實(shí)。色素測(cè)定表明,SlIPT4沉默株系的果實(shí)中總類胡蘿卜素以及番茄紅素含量均明顯降低。定量PCR分析表明,SlIPT4沉默導(dǎo)致果實(shí)中類胡蘿卜素合成基因ZISO和ZDS下調(diào)表達(dá)(ZISO下調(diào)最為明顯,表達(dá)量?jī)H為野生型的20%左右),其他番茄紅素合成相關(guān)基因(PSY1,PDS,CRTISOs)均上調(diào)表達(dá)。這些結(jié)果表明,SlIPT4可能通過(guò)調(diào)控ZISO的表達(dá)來(lái)調(diào)控番茄紅素的合成。(6)ABA是番茄紅素主要的降解產(chǎn)物之一,在植物適應(yīng)逆境過(guò)程中發(fā)揮重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)沉默株系的番茄果實(shí)中ABA含量明顯低于野生型番茄果實(shí),暗示沉默株系果實(shí)中番茄紅素的降低不是由于其降解過(guò)程增強(qiáng),而是由于其合成受阻造成的。定量結(jié)果表明,ABA合成相關(guān)基因(ZEP、NCED1和NCED2)均上調(diào)表達(dá),這一結(jié)果與類胡蘿卜素合成途徑中上游基因PSY1和PDS的上調(diào)表達(dá)相一致,驗(yàn)證了ABA與類胡蘿卜素(番茄紅素)合成之間負(fù)反饋調(diào)控方式的存在。綜上所述,本研究明確了SlIPT4在番茄葉片衰老以及果實(shí)番茄紅素生物合成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要的作用,對(duì)揭示CKs調(diào)控葉片衰老以及番茄紅素合成的調(diào)控機(jī)制具有積極的意義。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S641.2;Q943.2
【部分圖文】：

圖 1.1 細(xì)胞分裂素結(jié)構(gòu)Figure 1.1 The structures of cytokinins① CKs 的生物學(xué)合成目前已知的 CKs 合成途徑有兩條：從頭合成和 tRNA 降解途徑（圖 1.2）[6由于在大多數(shù)生物體內(nèi)，CKs 通過(guò)與 tRNA 結(jié)合的方式存在，且降解途徑釋放的cZ 能經(jīng)順?lè)串悩?gòu)酶轉(zhuǎn)化為有活性的 tZ[7]，因此，曾一度認(rèn)為 CKs 的合成是通過(guò)tRNA 降解途徑實(shí)現(xiàn)。但最近的研究表明，cZ 和 tZ 之間的轉(zhuǎn)換發(fā)生的頻率很低，這與植物體內(nèi) CKs 的大量存在相矛盾。因此，目前普遍認(rèn)為在植物 CKs 的合成中，從頭合成是主要途徑，tRNA 降解是次要途徑[5]。CKs 的從頭合成途徑最初是在盤(pán)基網(wǎng)柄菌（Dictyostelium discoideu）中發(fā)現(xiàn)[8]。異戊烯基轉(zhuǎn)移酶（isopentenyltransferase，IPT）是 CKs 從頭合成途徑的限速酶，催化二甲基丙烯基二磷酸（DMAPP）的異戊烯基轉(zhuǎn)移到腺苷酸（AMP）的 N6位置上，生成異戊烯基腺苷磷酸。IPT 基因最先從根瘤農(nóng)桿菌中（Agrobacteriutumefaciens）鑒定出來(lái)，命名為 tmr，tmr 基因突變導(dǎo)致植物根部產(chǎn)生類似根瘤的結(jié)

對(duì) tZ 含量影響較��；干擾其他 7 個(gè) IPT 基因的表達(dá)能顯著的降低 tZ 及其衍水平，且在大腸桿菌中表達(dá)這 7 個(gè)基因能導(dǎo)致 iP 和玉米素的分泌[9]。另外， 35S 強(qiáng)啟動(dòng)子超表達(dá) AtIPT4 和 AtIPT2 發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)入 AtIPT4 的愈傷組織在無(wú)外胞分裂素的條件下仍能正常的分化，而導(dǎo)入 AtIPT2 的愈傷組織需外源施加細(xì)裂素才能誘導(dǎo)分化[11]。在高等植物體內(nèi)，CKs 從頭合成途徑的主要初始產(chǎn)物是 iP 核苷酸，例如，異基腺苷 -5'- 三磷酸（iPRTP）和異戊烯基腺苷 -5'- 二磷酸（iPRDP），這是由 AMP、ATP 和 ADP 同時(shí)存在的情況下，植物 IPTs 優(yōu)先利用 ATP 和 ADP[4]。苷酸可在細(xì)胞色素 P450 單加氧酶（CYP735A1 和 CYP735A2）的催化下轉(zhuǎn)化Z 核苷酸[12]。iP 和 tZ 形式的核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂猩锘钚浴⒆杂尚螒B(tài)的 CKs 需過(guò)兩步催化反應(yīng)，但其對(duì)應(yīng)的編碼核苷酸酶和核苷酶的基因目前為止還未被出來(lái)。在水稻突變體的研究中發(fā)現(xiàn)，核苷酸形態(tài)的 CKs 可以通過(guò) LONELYY（LOG）家族蛋白直接催化為有活性的游離態(tài) CKs[13]。

圖 1.3 細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)模式圖[14]Figure 1.3 The model of cytokinin signal[14].1.2 類胡蘿卜素的生物合成及調(diào)控類胡蘿卜素是一類含有 40 個(gè)碳原子的類異戊二烯聚合物，可由所有的光合以及一些非光合作用的細(xì)菌和真菌合成[19]。類胡蘿卜素往往具有特有的顏色（到紅色范圍），這是由于共軛雙鍵的數(shù)目不同造成的，一般共軛雙鍵的數(shù)目越多色越偏向紅色[20]。在植物中，類胡蘿卜素不僅行使色素功能，還在光合作用過(guò)程中發(fā)揮重要作收集（吸收 450-570 nm 的光能增強(qiáng)植物的光合作用）和光保護(hù)（使過(guò)量的光離葉綠體）[21, 22]。此外，類胡蘿卜素還可以為植物激素（ABA、JA）的合成前體[23]。同時(shí)類胡蘿卜素對(duì)人體具有很多益處，例如，抗氧化、延緩衰老、抗[24-26]。 類胡蘿卜素的合成類胡蘿卜素的合成是一系列復(fù)雜的酶促催化反應(yīng)過(guò)程，目前其合成的分子
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 汪多仁;;番茄紅素的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展[J];甘肅化工;2003年02期

2 ;夏吃西瓜 降壓護(hù)心[J];心血管病防治知識(shí)(科普版);2017年07期

3 ;番茄紅素:實(shí)現(xiàn)在面包酵母中的生物合成[J];科學(xué)家;2017年05期

4 ;番茄紅素助男性增精養(yǎng)護(hù)前列腺[J];科學(xué)大觀園;2017年09期

5 張英;;早餐食用番茄可減輕皮膚干癢[J];新長(zhǎng)征(黨建版);2017年06期

6 鐘凱;;番茄應(yīng)該生吃還是熟吃?[J];益壽寶典;2017年15期

7 ;紅色食物降低前列腺癌風(fēng)險(xiǎn)[J];祝您健康;2017年06期

8 ;類胡蘿卜素與人體健康[J];飲食科學(xué);2017年08期

9 張瓊;;研究證明:補(bǔ)充番茄紅素 遠(yuǎn)離疾病保長(zhǎng)壽[J];中老年保健;2015年06期

10 崔洪;;植物中的黃金——番茄紅素[J];中國(guó)食品;2014年15期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 陳艷;高產(chǎn)番茄紅素釀酒酵母的設(shè)計(jì)構(gòu)建與發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化[D];天津大學(xué);2017年

2 孫清瑞;碘納米粒催化番茄紅素反—順構(gòu)型轉(zhuǎn)化及納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體[D];江南大學(xué);2016年

3 王羅新;番茄紅素的物理化學(xué)性質(zhì)及其與多糖類大分子的相互作用[D];四川大學(xué);2004年

4 劉曉軍;番茄紅素預(yù)防高同型半胱氨酸血癥致動(dòng)脈粥樣硬化的作用和機(jī)制研究[D];第二軍醫(yī)大學(xué);2007年

5 胡敏予;番茄紅素抗家兔動(dòng)脈粥樣硬化效果及血漿低密度脂蛋白蛋白質(zhì)組學(xué)研究[D];中南大學(xué);2007年

6 王永;柑橘果實(shí)類胡蘿卜素代謝及番茄紅素環(huán)化酶重組蛋白的表達(dá)鑒定[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

7 李群睿;玉米類胡蘿卜素異構(gòu)酶和番茄紅素ε-環(huán)化酶基因的克隆與鑒定[D];東北師范大學(xué);2010年

8 屈明玥;番茄紅素拮抗氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷及分子機(jī)制研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2012年

9 王鑫;番茄紅素對(duì)大鼠心肌梗死后心室重構(gòu)的影響及機(jī)制研究[D];武漢大學(xué);2013年

10 王強(qiáng);番茄紅素高產(chǎn)菌株三孢布拉霉的選育及其發(fā)酵和提取工藝研究[D];江南大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張勇;番茄SlIPT4基因?qū)θ~片衰老和果實(shí)番茄紅素合成的調(diào)控研究[D];重慶大學(xué);2018年

2 付金菊;基于三孢布拉霉誘變高產(chǎn)番茄紅素突變株的色素合成調(diào)控機(jī)制研究[D];河南師范大學(xué);2018年

3 王高艷;利用棕櫚酸為原料合成番茄紅素的工程菌株的構(gòu)建[D];大連理工大學(xué);2018年

4 畢素云;番茄紅素對(duì)人皮膚鱗癌細(xì)胞系COLO-16的關(guān)鍵信號(hào)受體的調(diào)控效應(yīng)研究及細(xì)胞基礎(chǔ)效應(yīng)的影響[D];天津醫(yī)科大學(xué);2018年

5 蔣變玲;番茄NAC轉(zhuǎn)錄因子與番茄紅素合成及軟化關(guān)系研究[D];天津大學(xué);2017年

6 李霞;釀酒酵母合成番茄紅素的途徑優(yōu)化研究[D];石河子大學(xué);2018年

7 蘇安平;重組類球紅細(xì)菌分別合成番茄紅素和β-胡蘿卜素[D];陜西師范大學(xué);2018年

8 王景;番茄紅素對(duì)血管性癡呆大鼠的抗凋亡作用[D];河北醫(yī)科大學(xué);2017年

9 廉博;紅酵母發(fā)酵糖蜜合成番茄紅素的工藝及提取分離條件研究[D];華南理工大學(xué);2013年

10 KESSY N. HONEST;番茄紅素分離，異構(gòu)化及穩(wěn)定性研究[D];江南大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2882683