【摘要】：番茄(Solanum lycopersicum)果實心室膠狀物(locular gel)的形成,是肉質(zhì)漿果形成和發(fā)育的重要過程和典型特征。果實發(fā)育早期,心室組織由胎座組織向外衍生形成,圍繞胚珠發(fā)育,在成熟前形成凝膠狀(jelly-like)的心室膠狀物,在果實的發(fā)育和成熟、質(zhì)地變化、風味組成以及種子的成熟等過程中均具有重要作用。目前,對番茄心室膠狀物形成過程的生理生化變化已有較多研究,初步認識到水解酶、植物激素與核內(nèi)復制等在心室膠狀物形成過程中具有重要作用,并對心室數(shù)目的形成及其機制進行了探究,但關于心室膠狀物的分化、形成和發(fā)育及其調(diào)控機制尚未明確。全果肉番茄材料(all-flesh,alf)果實發(fā)育過程中心室組織不形成心室膠狀物,果實內(nèi)部形態(tài)與茄子相似,其與普通番茄的主要差異在于是否形成心室膠狀物。本研究利用遺傳學方法對全果肉番茄進行了系統(tǒng)分析,并獲得了候選基因,主要結(jié)果如下:1.通過六世代遺傳群體分析,明確了番茄全果肉性狀由細胞核控制的隱性單基因控制。發(fā)育過程的形態(tài)變化和石蠟切片觀察發(fā)現(xiàn),開花后25d普通番茄心室膠狀物已基本形成,細胞壁出現(xiàn)明顯的斷裂面;全果肉番茄發(fā)育過程中,心室組織的細胞壁結(jié)構能夠保持較好的完整性,并具有與胎座組織相似的細胞排列與大小。全果肉番茄果實的種子量較少,特別是25d后,較同期的普通果實明顯減少。2.利用全果肉番茄(06-790)和普通番茄(IL7-5)構建的F_2群體進行BSA-Seq分析,結(jié)果與利用300份加工番茄核心種質(zhì)進行GWAS預測的基因目標區(qū)域一致。利用全基因組重測序開發(fā)的分子標記,對該F_2群體以及06-790和番茄全基因組測序材料Heinz 1706構建的BC_2S_1群體進行遺傳連鎖分析,進一步將番茄全果肉基因精細定位在番茄第6染色體SL3.0 ch06:40418964-40603185之間184.2Kb的范圍內(nèi)。根據(jù)番茄基因組注釋(SL3.0),定位區(qū)域內(nèi)共有29個基因。3.利用全果肉番茄(06-790)和普通番茄(IL7-5)開花后25d全果肉番茄與普通番茄果實心室組織的轉(zhuǎn)錄組測序分析,GO功能分析發(fā)現(xiàn),在分子功能上的主要差異是轉(zhuǎn)錄因子活性;KEGG分析發(fā)現(xiàn),碳水化合物代謝途徑與心室膠狀物的形成也具有密切關系;并獲得定位區(qū)域的差異表達基因。利用qRT-PCR分析不同發(fā)育時期差異基因的表達特征發(fā)現(xiàn),Solyc06g064840在膠狀物形成前的心室組織中具有較高表達,且在全果肉番茄心室組織中的表達量明顯較低。Solyc06g064840屬于花發(fā)育“ABCDE”模型中的AGAMOUS-like(AGL)轉(zhuǎn)錄因子,在心室組織與種子中特異性表達,推測該基因為控制番茄全果肉性狀的候選基因。4.蛋白序列同源比較與系統(tǒng)進化分析,發(fā)現(xiàn)Solyc06g064840為AGL11基因家族X1亞型,具有高度保守的MADS-box區(qū)和相對保守的K-box區(qū)。AGL11基因亞族參與肉質(zhì)果實種子、胚珠和珠索的發(fā)育,并調(diào)控心皮與肉質(zhì)果實的膨大和成熟過程。Solyc06g064840與已報道的矮牽牛fbp11和fbp7以及煙草AGL11等基因同源性最高,并與擬南芥STK基因以及番茄AG基因家族也具有較高的同源性;在系統(tǒng)進化上與馬鈴薯、茄子和辣椒等茄科肉質(zhì)果實AGL基因具有非常近的親緣關系,并與矮牽牛fbp11、fbp7以及煙草AGL11等AGL基因位于同一分支。5.全果肉番茄Solyc06g064840基因5’UTR上游374-790bp處存在一段416bp的序列缺失,該缺失序列含有TATA-box和CAAT-box等順式作用元件,可能影響Solyc06g064840的轉(zhuǎn)錄表達,從而導致全果肉番茄的心室組織不能形成膠狀物。番茄全果肉材料由單個隱性基因控制,說明一個位點的改變即可影響漿果組分的形成。番茄全果肉基因(alf)的精細定位和候選基因獲得,為明確全果肉番茄心室組織的分化與發(fā)育過程的分子調(diào)控機制奠定了基礎,并為解析心室膠狀物分化與形成的分子機制,甚至探究肉質(zhì)漿果類果實的發(fā)育和遺傳進化機制提供了新的依據(jù);還將有助于明確心室膠狀物的形成對番茄果實生理生化與風味品質(zhì)的影響,為理解番茄風味品質(zhì)的形成及遺傳改良提供理論支持。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S641.2
【圖文】：

為典型的呼吸躍變型果實，其正常發(fā)育過程呈 S 型曲線（圖 1，開花后 4~5d 肉眼能夠觀察到子房的膨大；從開始發(fā)育到 30緩；40~50d 左右果實開始由里向外著色和成熟；約 40~60d 為，不同發(fā)育階段受到不同基因的調(diào)控，經(jīng)過一系列的細胞分裂放等生理生化過程，最終表現(xiàn)出一系列形態(tài)上的變化，如果實顏色的轉(zhuǎn)變等。實發(fā)育主要分為三個時期：第一個時期為細胞分裂期，主要是體積變化不明顯。由細胞分裂到細胞膨大期，尤其是開花后 7重要的時期，其中開花后 8d 是細胞分裂到細胞膨大的轉(zhuǎn)折期的體積和果實的體積急劇增大，心室組織出現(xiàn)凝膠化，果實體進入第三個時期。細胞膨大期決定了肉質(zhì)果實的主要性狀。第三熟期、轉(zhuǎn)色期、紅熟期和完熟期。番茄果實肉質(zhì)果實形狀的獲基因時空表達的緊密調(diào)控，不同果實組織的相對發(fā)育能夠影響圖 1.1 番茄果實結(jié)構與組成Fig. 1.1 The structure and composition of tomato fruit

膨大生長（Davies & Cocking，1965；Gallego et al.，1991；Bisbis et al.，2006；Ariizumi，2013)。幼果生長時期，果實心室充滿向外生長的薄壁細胞的胎座組織，胎座的薄壁細胞圍繞種子及其珠圖1.2 番茄發(fā)育階段及其相關的細胞分裂、細胞增大、呼吸作用、乙烯合成、細胞軟化與類胡蘿卜素積累的變化（Giovannoni，2004）注：發(fā)育階段可分為開花期、綠熟期（MG）、轉(zhuǎn)色期（BR）和紅熟期（RR）。果實發(fā)育到綠熟期階段時，果實最終大小發(fā)育完成，但未成熟，種子發(fā)育成熟；到轉(zhuǎn)色期，果實開始可見類胡蘿卜素的積累，從細胞分裂的發(fā)育階段將逐步進入到果實發(fā)育的細胞增大階段。細胞分裂的速率和持續(xù)時間的長短因果實種類及其果實內(nèi)組織的不同而不同。dpa：授粉后的天數(shù)（day after anthesis）Fig. 1.2 The changes of cell division，cell expansion，carotenoids，ethylene/respiration，softening and carotenoids abouttomato fruit developmentsNote：The development stages can divided into anthesis

學院博士學位論文 調(diào)控作用，但在心室膠狀物發(fā)育過程中細胞壁多糖的降解與果膠溶解中的類如脂肪降解酶或膜蛋白酶也可能參與心室膠狀物的形成。激素在心室膠狀物形成和發(fā)育過程中的作用素是植物生長發(fā)育的重要調(diào)控因子，在果實發(fā)育與成熟過程中具有重要作早期發(fā)育。番茄果實發(fā)育的不同階段，不同植物激素分別調(diào)控其有絲分裂程（圖 1.3）。在果實發(fā)育早期，生長素、GA、CTK 或油菜素內(nèi)酯（BR能夠調(diào)控細胞周期關鍵基因的活性（Kumar et al.，2014）。生長素、GA 主要調(diào)控因子，可刺激種子周圍組織的生長；細胞分裂期結(jié)束后，生長素子，并轉(zhuǎn)運到周圍組織（Moco et al.，2007；Kumar et al.，2014）。

本文編號：2760125