【摘要】：逆境導(dǎo)致作物落花落果是影響產(chǎn)量的重要因素之一,因此研究作物落花落果調(diào)控機(jī)制對于提高作物產(chǎn)量具有重要意義。生長素是調(diào)控植物器官脫落的重要激素之一,它的作用發(fā)揮與其分布密切相關(guān),而它的分布又與生長素極性運(yùn)輸有關(guān)。目前已知生長素運(yùn)輸載體PIN-FORMED(PIN)蛋白是生長素極性運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵因子,并已明確在植物生長發(fā)育中發(fā)揮作用,但在植物器官脫落調(diào)控方面尚未見系統(tǒng)研究報道。本文以番茄花柄為材料,利用生物信息學(xué)、分子生物學(xué)和生理學(xué)等手段,篩選了番茄花柄脫落過程中關(guān)鍵SlPIN,并明確了其對番茄花柄脫落的調(diào)控作用;探究了在番茄花柄脫落過程中SlPIN翻譯水平和轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控機(jī)制,明確了SlPIN蛋白對番茄花器官生長素運(yùn)輸、分布和脫落的調(diào)控機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:1.生物信息學(xué)分析表明,番茄SlPIN家族10個成員中,SlPIN1、SlPIN2、SlPIN3、SlPIN4、SlPIN7和SlPIN9擁有長親水環(huán),屬于“長PIN”類型;SlPIN5、SlPIN6、SlPIN8和SlPIN10擁有短親水環(huán),屬于“短PIN”類型。ddPCR分析表明,番茄花柄中表達(dá)的SlPIN成員有7個,其中Sl PIN1、SlPIN3和Sl PIN4表達(dá)量較高。脫落過程中,Sl PIN同時受生長素和乙烯的調(diào)控,其表達(dá)模式呈現(xiàn)不同的時空特異性。脫落前期(0~4 h)SlPIN基因表達(dá)普遍下調(diào),暗示生長素運(yùn)輸減緩;而脫落期(8 h之后),部分SlPIN基因在離區(qū)(AZ)和近軸端表達(dá)上調(diào),而在遠(yuǎn)軸端持續(xù)低表達(dá),這可能有利于提高離區(qū)及近軸端生長素運(yùn)輸,以促進(jìn)離區(qū)生長素消耗。IAA處理試驗表明生長素誘導(dǎo)SlPIN表達(dá)。移除生長素源導(dǎo)致花柄SlPIN基因迅速下調(diào)(0~4 h),而IAA處理導(dǎo)致SlPIN表達(dá)迅速上調(diào),表明SlPIN的表達(dá)對IAA高度敏感。乙烯及其抑制劑1-MCP處理試驗表明,乙烯可能通過調(diào)控SlPIN表達(dá)來影響脫落期生長素的運(yùn)輸和離區(qū)對響應(yīng)乙烯的能力。此外,花柄近軸端中一些SlPIN基因在16~24 h高表達(dá),暗示其可能參與脫落后母體端的保護(hù)層形成與防御反應(yīng)。2.在花柄中高表達(dá)的3個SlPIN成員中,Sl PIN1和Sl PIN4是促進(jìn)番茄子房和花柄生長素向基性運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵調(diào)控因子,而沉默SlPIN3并未明顯影響番茄花器官生長素運(yùn)輸與分布以及花柄的脫落。研究發(fā)現(xiàn),子房中SlPIN1和SlPIN4通過促進(jìn)子房向花柄的生長素運(yùn)輸維持離區(qū)生長素積累,抑制脫落。沉默SlPIN1(pTRV-SlPIN1)和SlPIN4(pTRVSlPIN4)后,子房生長素向基性運(yùn)輸受阻,導(dǎo)致花柄離區(qū)生長素積累不足,脫落提前。而花柄中SlPIN1和SlPIN4則通過介導(dǎo)生長素向基性運(yùn)輸消耗離區(qū)生長素,促進(jìn)脫落。利用IAA預(yù)處理恢復(fù)pTRV-SlPIN1和pTRV-Sl PIN4離區(qū)生長素積累后,其花柄表現(xiàn)延遲脫落。3.離區(qū)SlPIN1和SlPIN4蛋白量在脫落前期呈下降趨勢,但在脫落期明顯升高。蛋白酶體抑制劑MG132處理試驗證明,脫落過程中離區(qū)SlPIN1和SlPIN4蛋白量的增加,顯著提高了生長素向基性運(yùn)輸能力,加速了離區(qū)生長素消耗與脫落。此外,脫落期離區(qū)的SlPIN1和SlPIN4蛋白量升高程度遠(yuǎn)大于基因表達(dá)上調(diào)程度,暗示SlPIN1和SlPIN4蛋白量的升高可能涉及翻譯后水平調(diào)控。4.PIN蛋白的極性定位對生長素極性運(yùn)輸與分布的調(diào)控至關(guān)重要,但PIN蛋白極性定位與脫落關(guān)系尚不明確。前人報道Brefeldin A(BFA)干擾PIN蛋白極性定位和生長素極性運(yùn)輸,本研究結(jié)果顯示,BFA處理改變了花柄生長素分布和脫落進(jìn)程,表明PIN極性定位與脫落有關(guān)。模擬磷酸化實(shí)驗表明,高度磷酸化的SlPIN1和SlPIN4在細(xì)胞膜上無極性定位,反之促進(jìn)其向底部細(xì)胞膜定位。脫落過程中SlPIN1和SlPIN4蛋白磷酸化水平顯著下降,暗示SlPIN1和SlPIN4蛋白趨向底部細(xì)胞膜定位,從而增強(qiáng)生長素向基性運(yùn)輸,促進(jìn)脫落發(fā)生。
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S641.2

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本文編號：2795353