本文關(guān)鍵詞：番茄耐寒種質(zhì)低溫脅迫下的轉(zhuǎn)錄組分析及相關(guān)基因功能鑒定，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》 2012年

番茄耐寒種質(zhì)低溫脅迫下的轉(zhuǎn)錄組分析及相關(guān)基因功能鑒定

劉輝  

【摘要】：番茄CSolanum lycopersicum)屬非冷馴化植物,在生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段都容易遭受低溫傷害。提高番茄的抗寒性可降低低溫對(duì)植株及果實(shí)的傷害,延長(zhǎng)生長(zhǎng)周期,減少設(shè)施栽培的投入等。篩選番茄耐低溫材料,培育抗寒番茄新品種具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 CBF低溫應(yīng)答途徑是目前研究最為清楚,也是冷馴化植物最重要的低溫應(yīng)答調(diào)控途徑。番茄中同樣存在CBF低溫響應(yīng)途徑,但其在低溫應(yīng)答中發(fā)揮的作用較小。非冷馴化的番茄對(duì)低溫適應(yīng)的分子機(jī)制可能不同于冷馴化植物。 野生多毛番茄(S. habrochaites)的抗寒性顯著高于栽培番茄。過去幾十年里,對(duì)多毛番茄和普通番茄在低溫脅迫下的生理生化差異進(jìn)行了大量研究,并取得了重要進(jìn)展。但關(guān)于多毛番茄和普通番茄在低溫脅迫下的基因表達(dá)差異,多毛番茄抗寒的分子機(jī)制知之甚少。 本研究以多毛番茄LA1777、栽培番茄LA4024及由二者漸滲系(IL)群體為材料,對(duì)苗期植株抗寒性進(jìn)行評(píng)價(jià)和篩選。為揭示番茄抗冷的分子機(jī)理,利用TOM2基因芯片對(duì)抗寒材料(供體親本LA1777和漸滲系LA3969)和冷敏感材料(受體親本LA4024)在低溫脅迫下的基因表達(dá)差異進(jìn)行了分析。根據(jù)芯片分析結(jié)果,從多毛番茄中克隆了3個(gè)抗寒相關(guān)基因,并進(jìn)行了功能鑒定。主要研究結(jié)果如下： 1.鑒定了多毛番茄中貢獻(xiàn)抗寒性的染色體區(qū)段：通過比較多毛番茄LA1777和普通番茄LA4024在低溫脅迫表型及相關(guān)生理指標(biāo)差異,建立了番茄抗寒性鑒定體系。利用該體系對(duì)LA1777漸滲系群體幼苗進(jìn)行耐低溫鑒定,發(fā)現(xiàn)22個(gè)IL系在低溫(4℃)處理3d時(shí)萎焉程度較受體親本LA4024輕,在多毛番茄的第1、2、3、4、5、6、7、9、11及12條染色體上可能含有抗寒相關(guān)的QTLs。其中,漸滲系LA3969在整個(gè)低溫處理及恢復(fù)過程中具有與供體親本LA1777相近的表型,抗寒性顯著高于受體親本LA4024及其它IL系。低溫脅迫下,LA3969和LA1777細(xì)胞膜受傷害程度較輕。低溫處理10d恢復(fù)一周后,LA3969和LA1777的存活率顯著高于LA4024。LA3969的抗寒性來源于導(dǎo)入了野生多毛番茄的第12條染色體片段。這表明在多毛番茄第12條染色體上可能含有一個(gè)或多個(gè)控制抗寒性的關(guān)鍵QTL/基因。 2.抗/感番茄材料低溫應(yīng)答的分子差異：利用TOM2芯片分析了LA1777、 LA3969和LA4024幼苗在低溫脅迫下的基因表達(dá)差異。低溫脅迫處理3d后,在LA1777、LA3969和LA4024中分別鑒定了1613、1456和1523個(gè)低溫應(yīng)答基因。其中,103個(gè)低溫應(yīng)答基因僅在LA1777和LA3969檢測(cè)到,196個(gè)低溫應(yīng)答基因僅在LA4024中檢測(cè)到。這些基因可能在決定番茄對(duì)低溫的抗或敏感性中起著重要作用。功能聚類分析表明,更多與逆境應(yīng)答、內(nèi)源刺激應(yīng)答、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、生物合成、次生代謝、蛋白代謝等相關(guān)的基因在兩抗性材料中上調(diào)表達(dá)。而更多與光合作用相關(guān)的基因在冷敏感材料中被抑制。GO (Gene Ontology)生物學(xué)進(jìn)程富集分析發(fā)現(xiàn)更多的生物學(xué)進(jìn)程在兩抗性材料中被加強(qiáng),而更多的生物學(xué)進(jìn)程在冷敏感材料中被抑制。低溫脅迫下,茉莉酸生物合成、油菜素內(nèi)酯代謝過程、苯丙素生物合成、淀粉降解、亮氨酸生物合成、卡爾文循環(huán)和超氧自由基清除等7個(gè)代謝途徑在抗感材料間發(fā)生了顯著調(diào)整。 3.番茄抗寒的分子機(jī)制：差異統(tǒng)計(jì)分析表明,92個(gè)基因在兩抗性材料與冷敏感材料間表達(dá)變化差異顯著。126個(gè)基因在LA1777中的表達(dá)變化顯著不同于LA3969和LA4024。這些基因基因可能在貢獻(xiàn)LA3969和/或LA1777的抗性中起著重要作用。對(duì)這218個(gè)差異表達(dá)基因進(jìn)行染色體定位分析,發(fā)現(xiàn)80個(gè)基因被定位到22個(gè)篩選的抗性漸滲系染色體替換區(qū)段或已報(bào)道的多毛番茄抗寒相關(guān)QTLs區(qū)域。其中,11個(gè)位于LA3969染色體滲入的片段上,這些基因可能在貢獻(xiàn)LA3969的抗寒性中起著重要作用。GO生物學(xué)進(jìn)程富集分析表明差異表達(dá)基因中許多參與了鈣信號(hào)調(diào)控、激素和ROS的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)及信號(hào)應(yīng)答。鈣離子、激素及ROS作為信號(hào)分子可能在調(diào)控番茄低溫應(yīng)答中具有重要作用。這些信號(hào)途徑在抗感材料間的調(diào)整引起下游一系基因表達(dá)的改變,包括轉(zhuǎn)錄因子(如HSFs、MYBs、NACs等)、翻譯后修飾蛋白(如SKP2A、LAP-A1、XERICOs等)、功能蛋白(如HSPs、PRs及脫水素等)、代謝相關(guān)的酶(如GSTs、LOXs、BAM等)等。這一系列基因表達(dá)的改變使得LA1777和LA3969的抗寒性顯著較LA4024提高。 4.差異表達(dá)基因ShDHN的功能鑒定：根據(jù)芯片分析結(jié)果,從多毛番茄中克隆了一脫水素基因,命名為ShDHNo芯片及實(shí)時(shí)定量PCR分析表明,該基因的表達(dá)受低溫脅迫誘導(dǎo),且在抗性材料中的表達(dá)高于冷敏感材料。同時(shí),該基因也受干旱、高鹽、滲透脅迫、ABA和JA誘導(dǎo)。在普通番茄LA4024中超量表達(dá)ShDHN顯著提高了植株的抗寒和抗旱性,促進(jìn)了幼苗在高鹽及滲透脅迫下的生長(zhǎng)發(fā)育。同野生型相比,轉(zhuǎn)基因株系在低溫和干旱脅迫下積累更多的脯氨酸,具有更高的SOD和CAT活性,逆境條件下質(zhì)膜的傷害程度降低。低溫脅迫下,轉(zhuǎn)基因株系植株葉片中H2O2和O2-的積累明顯少于野生型植株。超量表達(dá)ShDHN提高了SOD1、GST和PRl的表達(dá),降低了POD、LOX和PR2的表達(dá)。這些結(jié)果表明ShDHN可能通過提高植株在逆境條件下ROS的清除能力、促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累、調(diào)節(jié)其它信號(hào)途徑及相關(guān)基因的表達(dá)來增強(qiáng)植株對(duì)非生物逆境的抗性。 5.差異表達(dá)基因ShCHL P的功能鑒定：根據(jù)芯片分析結(jié)果,從LA1777中克隆了一牻牛兒基牻牛兒基還原酶基因,命名為ShCHL P。組織表達(dá)譜分析表明,該基因在葉和莖中表達(dá)量較高,在根中基本不表達(dá)。干旱、高鹽、低溫、高溫及氧化脅迫下,該基因的表達(dá)被顯著抑制。我們構(gòu)建了ShCHL P超量表達(dá)的載體,并轉(zhuǎn)化普通番茄LA4024。在獲得超量表達(dá)株系的同時(shí),也發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)共抑制株系。超量表達(dá)ShCHLP提高了植株葉片葉綠素含量,促進(jìn)了幼苗在正常、高鹽及滲透脅迫下的生長(zhǎng)發(fā)育；而共抑制株系植株葉片黃化,莖、葉及果實(shí)中的葉綠素含量明顯降低,幼苗在高鹽及滲透脅迫下的生長(zhǎng)發(fā)育顯著受到抑制。超量或抑制該基因的表達(dá)均降低了氧化脅迫對(duì)植株的傷害,導(dǎo)致這種表型的分子機(jī)制有待于進(jìn)一步分析。這些結(jié)果表明,CHLP是植物葉綠素生物合成所必需的,該基因在植物生長(zhǎng)發(fā)育及非生物逆境應(yīng)答中起著重要作用。 6.差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子ShNAC的功能鑒定：根據(jù)芯片結(jié)果,從LA1777中克隆了一NAC轉(zhuǎn)錄因子,命名為ShNAC。該基因編碼405個(gè)氨基酸,在其蛋白N端有一NAM保守結(jié)構(gòu)域。ShNAC在LA1777各組織中呈組成型表達(dá),以果實(shí)和花中的表達(dá)量最高,在莖中的表達(dá)最低。低溫、干旱和高鹽脅迫均能誘導(dǎo)該基因的表達(dá)。正常生長(zhǎng)條件下,超量表達(dá)ShNAC轉(zhuǎn)基因植株較野生型LA4024植株變矮,且莖基部變軟,植株不能直立。超量表達(dá)ShNAC轉(zhuǎn)基因植株較野生型對(duì)低溫和干旱更敏感。ShNAC可能是植物生長(zhǎng)發(fā)育及非生物逆境應(yīng)答的一個(gè)負(fù)調(diào)節(jié)因子。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：S641.2
【目錄】：

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2 雷江麗,杜永臣,朱德蔚,王鳴,王孝宣,李樹德;低溫脅迫下不同耐冷性番茄品種幼葉細(xì)胞Ca~(2+)分布變化的差異[J];園藝學(xué)報(bào);2000年04期

3 王春利,楊建利;低溫脅迫下噴施CaCl_2對(duì)油菜抗寒性的影響[J];湖北農(nóng)業(yè)科學(xué);2001年05期

4 于鳳玲;支慶祥;;低溫對(duì)植物的危害以及植物的抗寒性[J];畜牧與飼料科學(xué);2009年09期

5 梁永恒;;雪松、海桐等幾種常綠園林樹種的電解質(zhì)外滲率與抗凍性[J];中山大學(xué)研究生學(xué)刊(自然科學(xué)版);1996年04期

6 鄒國(guó)元,楊志福,李曉林;鉀對(duì)玉米苗期抗冷性的影響[J];植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào);1998年02期

7 劉慧英,朱祝軍,呂國(guó)華,錢瓊秋;低溫脅迫下西瓜嫁接苗的生理變化與耐冷性關(guān)系的研究[J];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué);2003年11期

8 翁伯琦,江福英,方金梅,黃毅斌,應(yīng)朝陽,李延;圓葉決明對(duì)低溫脅迫的生理響應(yīng)及施Ca~(2+)預(yù)防效果的研究[J];廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年S1期

9 高媛;齊曉花;楊景華;張明方;;高等植物對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)研究[J];北方園藝;2007年10期

10 王小麗;裴玉賀;郭新梅;張恩盈;宋希云;;低溫脅迫下玉米幼苗的幾種生理生化指標(biāo)的變化[J];植物生理學(xué)通訊;2009年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉春玲;彭新湘;郭振飛;;水稻對(duì)幾種逆境的抗性與ABA的關(guān)系[A];中國(guó)青年農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)術(shù)年報(bào)[C];2002年

2 高飛;朱衛(wèi)娉;周宜君;張根發(fā);;鹽芥耐受低溫脅迫的蛋白質(zhì)組學(xué)分析[A];第二屆全國(guó)植物蛋白質(zhì)組學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

3 趙小立;徐德主;張銘;;低溫脅迫中兩種魚類細(xì)胞膜流動(dòng)性變化的比較[A];華東六省一市生物化學(xué)與分子生物學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2003年

4 趙小立;徐德主;張銘;;低溫脅迫中兩種魚類細(xì)胞內(nèi)Ca~(2+)穩(wěn)定平衡的區(qū)別[A];華東六省一市生物化學(xué)與分子生物學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2003年

5 王喜慶;齊秀蘭;劉力勇;尤海波;賈云鶴;;低溫脅迫對(duì)嫁接西瓜幼苗耐冷性和生理生化指標(biāo)的影響[A];紀(jì)念全國(guó)西瓜甜瓜科研與生產(chǎn)協(xié)作50周年暨第12次全國(guó)西瓜甜瓜學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2009年

6 李春燕;應(yīng)朝陽;林永生;葉花蘭;鄭向麗;徐國(guó)忠;;低溫脅迫對(duì)度然花生質(zhì)膜透性、可溶性蛋白質(zhì)和保護(hù)酶系初步研究[A];農(nóng)區(qū)草業(yè)論壇論文集[C];2008年

7 徐紅霞;陳俊偉;;枇杷果實(shí)DHN基因克隆及其在低溫脅迫下的表達(dá)分析[A];第五屆全國(guó)枇杷學(xué)術(shù)研討會(huì)論文（摘要）集[C];2011年

8 蔡西栗;孫雪;邵旻瑋;徐年軍;;龍須菜對(duì)不同溫度脅迫的應(yīng)激生理響應(yīng)[A];中國(guó)藻類學(xué)會(huì)第八次會(huì)員代表大會(huì)暨第十六次學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 嚴(yán)順平;湯章城;蘇維埃;孫衛(wèi)寧;;水稻響應(yīng)低溫脅迫的蛋白質(zhì)組研究[A];2006中國(guó)植物細(xì)胞發(fā)育與分子生物學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

10 劉成靜;王崇啟;焦自高;張志忠;王艷艷;董玉梅;肖守華;;低溫脅迫下西瓜嫁接苗耐寒性和保護(hù)酶的影響研究[A];紀(jì)念全國(guó)西瓜甜瓜科研與生產(chǎn)協(xié)作50周年暨第12次全國(guó)西瓜甜瓜學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2009年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 何珊;[N];江蘇科技報(bào);2008年

2 衛(wèi)人;[N];中國(guó)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào);2008年

3 ;[N];吉林農(nóng)村報(bào);2009年

4 ;[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2000年

5 哈爾;[N];國(guó)際商報(bào);2002年

6 金延俊　羅莎 魏寧 彭敬信;[N];中國(guó)國(guó)門時(shí)報(bào);2008年

7 ;[N];中國(guó)特產(chǎn)報(bào);2009年

8 記者 張瑛;[N];寧夏日?qǐng)?bào);2011年

9 翼城縣農(nóng)業(yè)技術(shù)中心 趙保勤;[N];山西科技報(bào);2001年

10 科文;[N];河南科技報(bào);2003年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉輝;番茄耐寒種質(zhì)低溫脅迫下的轉(zhuǎn)錄組分析及相關(guān)基因功能鑒定[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

2 何麗斯;茉莉（Jasminum sambac L.）對(duì)低溫脅迫的生理響應(yīng)及離體快繁研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

3 周芳;干旱與低溫脅迫下木薯基因表達(dá)譜分析及鑒定[D];海南大學(xué);2013年

4 郭衛(wèi)麗;辣椒對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)與其低溫抗性相關(guān)基因的克隆和功能分析[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

5 王昕;番茄常溫可食涂膜保鮮的理論與方法[D];吉林大學(xué);2004年

6 姜國(guó)勇;番茄Tm-2～2基因在煙草中的表達(dá)及其編碼蛋白特異氨基酸決定對(duì)病毒的抗性[D];福建農(nóng)林大學(xué);2003年

7 譚琳;芪合酶基因轉(zhuǎn)化番茄產(chǎn)生白藜蘆醇的研究[D];華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué);2002年

8 崔秀敏;基質(zhì)供水狀況對(duì)番茄、甜椒穴盤苗生長(zhǎng)特性的影響及其適應(yīng)機(jī)制研究[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2003年

9 王中鳳;番茄乙烯受體基因LeETR1與LeETR2的功能特性及其組織、器官特異性比較研究[D];浙江大學(xué);2005年

10 李君明;番茄抗灰霉病和晚疫病基因定位及分子標(biāo)記多基因輔助選育技術(shù)研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2005年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱隆靜;磷與鈣對(duì)低溫脅迫下番茄光合作用的影響及其機(jī)理研究[D];浙江大學(xué);2004年

2 張娟;番茄砧木及其嫁接苗抗冷性鑒定與生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律研究[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2004年

3 張賀英;低溫脅迫對(duì)枇杷超微結(jié)構(gòu)及生理代謝的影響[D];福建農(nóng)林大學(xué);2007年

4 孫秀蘭;低溫脅迫和變溫處理對(duì)李子生理特性及組織結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2001年

5 閆紹鵬;歐美山楊雜種無性系低溫脅迫下幾種生理指標(biāo)的遺傳變異[D];東北林業(yè)大學(xué);2004年

6 鄒國(guó)元;鉀對(duì)玉米苗期抗寒作用的機(jī)理研究[D];北京農(nóng)業(yè)大學(xué);1995年

7 高文芳;宿州市彩葉地被植物的抗寒性與園林應(yīng)用研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2007年

8 吳秀娟;大棚番茄品種比較與耐低溫弱光指標(biāo)的篩選[D];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

9 李春燕;阿瑪瑞羅平托花生對(duì)低溫脅迫的生理響應(yīng)[D];福建農(nóng)林大學(xué);2012年

10 徐德立;低溫脅迫對(duì)草魚ZC-7901細(xì)胞系和淡水白鯧CBS細(xì)胞系某些細(xì)胞功能影響的研究[D];浙江大學(xué);2002年

  本文關(guān)鍵詞：番茄耐寒種質(zhì)低溫脅迫下的轉(zhuǎn)錄組分析及相關(guān)基因功能鑒定，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：67803