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《重庆大学》 2018年
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两个番茄花发育相关转录因子基因SlJAZ2和SlAGL6的功能研究

于晓惠  
【摘要】:开花是被子植物生活史中的重要事件,也是植物从营养生长转变为生殖生长的重要标志。植物的营养生长达到一定阶段后,在各种因素的共同作用下,开始向生殖生长阶段转变,经过一系列复杂的过程,完成花器官的建成。番茄是一种研究植物生殖发育和果实成熟的重要模式植物,同时也是重要的蔬菜作物。花的发育和成花时间的调控对于番茄果实的丰产、早熟育种息息相关。近年来对番茄花发育相关基因的功能研究使我们对成花时间的调控有了一定的认识,但现有的研究尚不能完全阐明复杂的成花时间调控机制。JAZ家族成员是一类茉莉酸途径抑制子,现有的研究表明,JAZs参与了植物响应生物及非生物胁迫、激素应答等过程,并在植物营养生长和生殖生长的多个过程发挥重要作用。在拟南芥中,At JAZ1基因在茉莉酸调控成花时间的过程中发挥了重要的作用,该基因通过调控成花相关基因FT的表达对植株的成花时间进行调节。为了探索番茄中JAZ家族对成花时间的影响,我们对番茄中At JAZ1基因的同源基因Sl JAZ2的功能进行了研究。本研究从番茄中克隆了Sl JAZ2基因,并对其表达模式进行分析,Sl JAZ2基因在番茄花中显著地高表达,暗示该基因可能与番茄成花过程有密切关系。我们构建了Sl JAZ2基因的超表达载体并通过农杆菌介导的方法将其转化到野生型番茄中,表型观察结果发现,超表达Sl JAZ2基因的转基因番茄植株早期叶片发生速度比野生型快;转基因番茄植株的高度及节间距离较野生型缩短,解剖分析表明转基因番茄植株茎的细胞减小,基因表达分析发现细胞伸长和赤霉素合成相关基因的表达受到了抑制。超表达Sl JAZ2基因后,植株茎表皮毛减少,侧芽的产生早于野生型,表皮毛和侧芽发育相关的基因的表达也受到影响。Sl JAZ2基因超表达番茄植株比野生型提前一周成花,对转基因番茄中与成花相关基因的表达分析结果表明,番茄成花基因FA、UF和SFT的表达上调,三个可能调控SFT基因的AP2家族成员的表达也受到显著抑制。这些结果表明,Sl JAZ2基因参与番茄植株早期的形态建成及成花时间的调控,为进一步阐明番茄成花时间调控网络及分子机制奠定了基础。MADS-box基因是一类广泛参与植物生殖生长的转录因子基因,其中,AGL6亚家族成员在拟南芥中能够调控FT等成花关键基因的表达,从而影响成花时间,并在多个物种中调控了花器官的发育。在本研究中,我们分离了番茄AGL6亚家族成员Sl AGL6,并对其表达模式进行分析,该基因在花中特异表达,表明Sl AGL6很可能参与番茄成花过程的调控。进一步对该基因在四轮花器官中的表达模式进行了分析,结果显示,Sl AGL6在心皮和花瓣中具有较高的表达量,其次是萼片,这表明Sl AGL6基因可能在心皮、花瓣和萼片的发育中发挥调控功能。我们构建了Sl AGL6的沉默载体,并通过农杆菌介导转化的方法获得了转基因沉默番茄株系。通过观察表型发现,Sl AGL6沉默番茄株系的成花时间与野生型相比并没有发生明显变化,但是Sl AGL6基因沉默后对番茄花器官的形态产生了影响,转基因番茄花的萼片发生了融合,并形成绿色花瓣。基因表达分析结果显示,在转基因番茄萼片中,萼片发育相关基因(MC、AP2a、AP2c)以及边界建成相关基因(GOBLET)的表达量发生了不同程度的下调,表明Sl AGL6基因影响了萼片发育基因及边界建成基因的表达。对花瓣中的叶绿素含量的测定结果表明,转基因番茄花瓣中的叶绿素含量显著高于野生型,叶绿素合成(Sl GLK1、Sl GLK2)及叶绿体发育(Sl Cab7、Slrbc S3B)相关基因的表达量发生了上调。对花瓣发育相关的B类基因进行检测,发现TAP3、TM6和Sl GLO1基因的表达均发生了下调,说明Sl AGL6基因通过对B类基因的表达调控影响花瓣的发育。另外对其它花器官发育相关基因的表达进行了检测,发现转基因番茄中C、D和E类基因的表达量都发生了不同程度的变化,表明Sl AGL6基因对花器官发育相关基因均具有调控作用。这些结果揭示了Sl AGL6基因在萼片、花瓣发育过程中发挥着至关重要的调控作用,为研究AGL6亚家族基因的进化和不同物种中功能的分化奠定了基础。综上所述,本研究对两个可能影响番茄成花时间的转录因子基因的功能进行了探索,发现番茄茉莉酸途径抑制子基因Sl JAZ2在番茄植株形态建成和成花时间的调控过程中发挥了作用;而Sl AGL6基因对番茄的成花时间没有明显影响,但是参与了花器官形态的建成。通过对这两个基因功能的研究,为进一步阐明番茄成花时间及花器官形态建成的调控机制奠定了理论基础。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:Q943.2;S641.2

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