發(fā)布時間：2020-05-05 07:27

【摘要】：番茄(Solanum lycopersicum L.)是世界上主要的設(shè)施蔬菜之一,屬于喜光及冷敏感植物,在北方冬春季日光溫室生產(chǎn)中經(jīng)常遭受低溫弱光脅迫,嚴(yán)重影響了番茄的生長發(fā)育。果糖-1,6-二磷酸醛縮酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase,FBA)是卡爾文循環(huán)中的關(guān)鍵酶,它所催化的反應(yīng)均位于核酮糖-1,5二磷酸(RuBP)再生階段,在很大程度上控制碳的固定和流量。為了探明FBA對番茄光合作用的調(diào)控機(jī)制,本文對番茄FBA家族進(jìn)行了全基因組鑒定、同源進(jìn)化分析及表達(dá)特性分析;并克隆了SlFBA4和SlFBA7基因,分別構(gòu)建了SlFBA4和SlFBA7過表達(dá)及RNAi表達(dá)載體,通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法遺傳轉(zhuǎn)化番茄,分析了SlFBA4和SlFBA7對番茄生長發(fā)育及光合作用的影響及其機(jī)理,主要結(jié)果如下:1.利用BlastP程序,以擬南芥FBA氨基酸序列為搜索序列,在番茄全基因組內(nèi)搜索番茄FBA基因家族的候選蛋白。利用在線分析工具Pfam和SMART確認(rèn)番茄FBA基因家族成員。共鑒定出8個番茄FBA基因家族成員,均含有糖酵解結(jié)構(gòu)域,分別命名為SlFBA1~SlFBA8。生物信息分析表明,SlFBA1~SlFBA5定位在葉綠體中,SlFBA6~SlFBA8定位在細(xì)胞質(zhì)中。2.通過MEGA 4.0對SlFBAs基因構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹,以系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系為基礎(chǔ),對SlFBAs基因進(jìn)行亞家族分析。番茄SlFBA基因分為2個分支(C1和C2),SlFBA1~SlFBA5屬于C1分支,SlFBA6~SlFBA8屬于C2分支。通過對FBA蛋白的進(jìn)化關(guān)系分析發(fā)現(xiàn),番茄與擬南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza.Sativa)及其他植物的FBA蛋白具有較高的同源性。線性分析結(jié)果表明,染色體的片段復(fù)制是番茄SlFBAs基因家族進(jìn)化的主要方式。3.不同番茄SlFBAs基因的組織表達(dá)特異性不同。SlFBA1、2、3、5、6在葉片中表達(dá)量最高;SlFBA4、7、8在果實(shí)中的表達(dá)量最高。在不同葉位的葉片中,以上數(shù)第5葉的SlFBAs表達(dá)量和FBA活性最高,而上位葉(第1葉)和下位葉(第10、15葉)的基因表達(dá)量與酶活性較低。晴天條件下,番茄功能葉片的(第5葉)凈光合速率(Pn)日變化呈單峰曲線型,即上午逐漸升高,12:00達(dá)到高峰,之后趨于降低。SlFBAs基因表達(dá)量和FBA活性日變化與Pn基本一致,唯在16:00~18:00時略有回升。表明FBA參與調(diào)控番茄的光合速率日變化。4.SlFBAs表達(dá)受低、高溫脅迫誘導(dǎo),但脅迫時間超過48 h時,其表達(dá)量趨于下降;FBA活性隨著脅迫時間的延長而降低,低、高溫脅迫導(dǎo)致番茄SlFBAs表達(dá)和FBA活性下降是引起Pn降低的重要原因之一。5.克隆了SlFBA4及SlFBA7并分別構(gòu)建了過表達(dá)載體和RNAi表達(dá)載體。通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化番茄子葉,用qPCR和Western雜交法對具有卡納抗性的再生株系進(jìn)行檢測,結(jié)果表明,轉(zhuǎn)正義植株中SlFBA4及SlFBA7在轉(zhuǎn)錄和蛋白水平過表達(dá),而RNAi植株中SlFBA4和SlFBA7的表達(dá)量明顯降低。6.SlFBA4和SlFBA7過表達(dá)番茄株系的種子飽滿,千粒重大,亞適溫條件下的種子萌發(fā)率高,而RNAi株系的種子較小,亞適溫條件下發(fā)芽慢。SlFBA4和SlFBA7過量表達(dá)可使番茄幼苗葉片的FBA活性及卡爾文循環(huán)其他酶基因表達(dá)水平與活性顯著升高,RuBP再生速率明顯增加,Pn大幅度提高;該基因表達(dá)受到干擾時,結(jié)果相反。7.低溫弱光脅迫條件下,SlFBA4和SlFBA7過表達(dá)轉(zhuǎn)基因番茄種子的萌發(fā)率和幼苗的Pn顯著高于野生型,丙二醛(MDA)含量及活性氧的積累量顯著低于野生型;而基因表達(dá)受干擾時,結(jié)果與之相反。可見,SlFBA4和SlFBA7過量表達(dá)可以提高番茄植株對低溫弱光的耐受性,而基因表達(dá)受干擾時,番茄植株對低溫弱光的耐受性顯著降低。
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S641.2

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本文編號：2649756