【摘要】：番茄是一種世界范圍內(nèi)廣受消費者喜愛的重要經(jīng)濟作物,同時也是研究肉質(zhì)果實發(fā)育與成熟的最佳模式植物。MYB和NAC轉錄因子均是植物最大的轉錄因子家族之一,其中NAC轉錄因子是植物所特有。雖然目前有關這兩個轉錄因子家族的研究已取得一定進展,但主要集中在模式植物擬南芥中,并且它們中的一些成員被證明在植物生長發(fā)育、成熟及脅迫應答等過程中具有重要功能。本論文以番茄為研究材料,通過生物信息學、遺傳學、細胞學、分子生物學和生理生化等方法對SlMYB75和SlNAC6轉錄因子在番茄果實成熟及脅迫應答過程中的功能進行了研究。取得的主要結果如下:(1)序列比對分析發(fā)現(xiàn)SlMYB75與控制血橙花青素形成的關鍵MYB轉錄因子高度同源。SlMYB75基因能夠被多種非生物脅迫條件和外源激素誘導表達,這與其啟動子區(qū)域存在多種脅迫和激素響應相關的順式作用元件相一致。qPCR分析表明SlMYB75基因在番茄果實中的本底表達水平很低,但是超量表達該基因(SlMYB75-OE)能夠誘導花青素在番茄各個組織中大量積累并獲得顯著紫色的番茄果實,其紅熟期果實的花青素含量高達1.86 mg g~-11 FW。此外,與野生型(WT)番茄果實相比,SlMYB75-OE果實的成熟延遲。(2)除了感觀上大幅增加的花青素,SlMYB75-OE果實成熟過程中的部分品質(zhì)屬性也顯著提高,包括黃酮類物質(zhì)、酚類物質(zhì)、可溶性糖和芳香揮發(fā)物,特別是有些萜烯類揮發(fā)物(萜烯類揮發(fā)物在WT番茄果實中本底含量很低)的含量能夠被提高到10倍以上。與此相對應,轉錄組分析發(fā)現(xiàn)SlMYB75-OE果實中相關的多條代謝途徑,如苯丙烷和芳香揮發(fā)物等途徑均發(fā)生了變化。酵母單雜交和雙熒光素酶實驗表明,SlMYB75轉錄因子具有調(diào)節(jié)功能,能夠與MYBPLANT和MYBPZM元件相互作用,并且可能通過直接靶向調(diào)控下游芳香合成基因(LOXC、AADC2和TPS基因)的表達來促進芳香揮發(fā)物的積累。(3)SlMYB75-OE紫番茄含有3種主要的花青素成分,并且其中含量最高的花青素成分被初步確定為矮牽牛色素-3-氧-(對-香豆酰)-蕓糖苷-5-氧-葡萄糖苷。SlMYB75-OE果實的抗氧化能力顯著增強,進而使得該果實的貨架期顯著延長和對灰霉菌的抗性顯著增強。(4)系統(tǒng)進化關系分析表明,SlNAC6轉錄因子和與脅迫關聯(lián)的2個轉錄因子聚集在相同的進化分枝上。SlNAC6基因的啟動子上存在多個ABA和脅迫響應元件,并且能夠被PEG脅迫和外源施加ABA誘導表達。SlNAC6轉錄因子在葉組織中高量表達,是一個核定位蛋白。(5)超量表達SlNAC6基因(SlNAC6-OE)株系的葉片氣孔導度降低,葉片失水率降低,種子萌發(fā)延遲和植株發(fā)育遲緩,并且這些指標在SlNAC6基因干擾(SlNAC6-RNAi)株系中也受到不同程度的影響。進一步研究發(fā)現(xiàn),下調(diào)或者超量表達SlNAC6基因能夠分別降低或者增加ABA合成途徑相關基因(NCED1、NCED2和ABA2等基因)的轉錄,從而影響內(nèi)源ABA的水平。(6)與WT植株相比,SlNAC6-RNAi植株在PEG脅迫條件下遭受了更嚴重的損傷,表現(xiàn)為更低的相對含水量、脯氨酸含量和抗氧化酶活性,以及更高的過氧化氫含量和丙二醛含量,并且多個脅迫相關基因(P5CS、SOD和POD等基因)的表達顯著下調(diào)。與此相對應,超量表達SlNAC6基因有效提高了番茄植株對PEG脅迫的耐受性,并且這些參數(shù)在SlNAC6-OE植株中呈現(xiàn)出相反的變化。這就表明SlNAC6轉錄因子在番茄植株對抗干旱脅迫過程中發(fā)揮積極作用。此外,與WT果實相比,SlNAC6-OE果實成熟提前。綜上所述,本論文證實了單個SlMYB75轉錄因子在培育富含花青素的番茄果實、改善果實成熟過程中部分品質(zhì)屬性和提高采后果實抗病耐貯藏能力方面作用顯著,以及SlNAC6轉錄因子在番茄植株應對干旱脅迫及果實成熟過程中具有重要功能。這些研究結果為明確SlMYB75和SlNAC6轉錄因子在植物中的功能奠定了基礎,同時也為今后通過育種或者基因工程技術改良番茄或者其他茄科作物的品質(zhì)及農(nóng)藝性狀提供了重要的參考。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S641.2
【圖文】：

圖 1.1 乙烯生物合成及信號轉導模式圖(Liu et al., 2015)1 Simplified model of ethylene biosynthesis and signaling transduction pathway (Li2015)烯生物合成的前體物質(zhì)是 S-腺苷甲硫氨酸（SAM），它在 1-氨基環(huán)合成酶（ACS）的催化下形成 1-氨基環(huán)丙烷-1-羧化物（ACC），然基環(huán)丙烷-1-羧化物氧化酶(ACO)的催化下合成乙烯。在這一過程中AM 形成 ACC 是第一個限速反應，因此，ACS 即是乙烯生物合成過限速酶(Kende, 1993)。目前，番茄中至少有 14個潛在的ACS 基因和 6發(fā)現(xiàn)(Klee and Giovannoni, 2011; Liu et al., 2015)，但他們在番茄不同表達特性卻不一樣。根據(jù)果實受乙烯處理時乙烯合成特性的不同，成系統(tǒng)分為 2 類：系統(tǒng) I 乙烯和系統(tǒng) II 乙烯。其中，SlACS1A 和 Sl統(tǒng) I 乙烯合成過程中起作用，而 SlACS2 和 SlACS4 主要負責系統(tǒng) II成。此外，SlACO1 和 SlACO4 被證明在系統(tǒng) I 乙烯和系統(tǒng) II 乙烯以

重慶大學博士學位論文 是植物體內(nèi)非常重要的激素之一，它參與調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的發(fā)和發(fā)育、幼苗的形態(tài)建成、氣孔運動以及植物應對各種脅t al., 2011)。然而越來越多的研究表明 ABA 在果實成熟過程中也并且 ABA 功能的行使是由 ABA 的生物合成、分解代謝和信號i et al., 2014; Jia et al., 2016; Leng, 2009; Leng et al., 2014; Z

本文編號：2718183