生長素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子家族基因在西瓜果實膨大過程中的調(diào)控作用分析.pdf

1、西瓜(Citrullus lanatus(Thunb.) Matsum.&Nakai)是一種重要的園藝作物，在全球有著廣泛的栽培，具有重要的經(jīng)濟價值。果實快速膨大是西瓜等葫蘆科作物所特有的生物學(xué)性狀，研究西瓜果實快速膨大的調(diào)控機制，不僅可以解析果實發(fā)育的生物學(xué)基礎(chǔ)，同時還可以為西瓜果實性狀的遺傳改良和控制裂果提供理論依據(jù)，因而具有重要的生物學(xué)和產(chǎn)業(yè)意義。生長素等植物激素在西瓜果實膨大過程中發(fā)揮著重要作用，生長素相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子是響應(yīng)生長素

2、并調(diào)控下游基因表達的重要調(diào)控基因。而生長素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子家族基因是否參與了西瓜果實膨大的調(diào)控？有哪些生長素相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子參與了調(diào)控？是如何調(diào)控的？目前尚不清楚。針對以上問題，本研究在鑒定ARF、Aux/IAA和GH3轉(zhuǎn)錄因子家族基因的基礎(chǔ)上，分析其在西瓜果實膨大過程中的表達及其與果實中生長素含量、細(xì)胞大小和數(shù)目多少等表型性狀的關(guān)系，旨在解析生長素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子家族基因在轉(zhuǎn)錄水平對西瓜果實膨大的調(diào)控作用，獲得了如下結(jié)果:
　　1.西瓜基

3、因表達分析中內(nèi)參基因的篩選。針對西瓜基因表達的qRT-PCR分析中缺少經(jīng)系統(tǒng)驗證的內(nèi)參基因現(xiàn)狀，本研究首先以西瓜自交系97103為材料，用qRT-PCR技術(shù)分析了15個候選內(nèi)參基因在生物脅迫、非生物脅迫和正常生長條件下西瓜不同組織和器官中的表達。用geNorm和NormFinder軟件評價了基因的表達穩(wěn)定性，結(jié)果表明ClYLS8和ClPP2A表達穩(wěn)定性最好，采用Catalase家族基因在低溫下的表達分析驗證了該內(nèi)參基因的可靠性。為進一步

4、篩選出西瓜果實發(fā)育過程中的果實特異性內(nèi)參基因，以西瓜自交系97103和F1雜種8424為材料，分析了12個候選內(nèi)參基因在人工授粉果實和CPPU誘導(dǎo)的單性結(jié)實果實不同發(fā)育階段的表達。ClTUA5、ClCAC和ClACT被geNorm鑒定為最佳內(nèi)參組合，ClCAC和ClSAND被NormFinder鑒定為最佳組合。對ClPSY1相對表達量及其與西瓜果實成熟過程中番茄紅素含量的平行分析進一步證實了這2個內(nèi)參組合的可靠性。
　　2.西瓜果

5、實膨大過程中相關(guān)性狀的動態(tài)分析。以西瓜97103為研究對象，測定了西瓜果實在不同發(fā)育階段的單果重、縱橫徑、細(xì)胞數(shù)目、細(xì)胞面積、細(xì)胞倍性以及生長素含量，發(fā)現(xiàn)在果實發(fā)育前期(0～7 DAP)，果實以細(xì)胞分裂為主，單果重變化不顯著，IAA含量在授粉后12h最高(68.89 ng/g.fw)，細(xì)胞倍性主要以2C為主;果實發(fā)育中期(7～20 DAP)，以細(xì)胞膨大為主，細(xì)胞面積與數(shù)目快速增長，單果重生長速率在13 DAP達到最大，IAA在15 DA

6、P達到這一時期最大值(46.78 ng/g.fw)，細(xì)胞倍性4C含量高于2C;果實發(fā)育后期(20～34 DAP)，單果重，細(xì)胞膨大與分裂變化不明顯，IAA含量在26 DAP達到最高值41.29 ng/g.fw，細(xì)胞倍性大于4C的含量高于2C與4C。
　　3.ARF家族基因的鑒定及其在西瓜果實膨大過程中的表達分析。用隱馬爾科夫模型在西瓜全基因組上共鑒定出17個ARF家族基因，分布在除11號染色體外的其它10條染色體上。組織特異性表達

7、分析表明，有15個、17個、16個、13個、11個和16個ARF基因分別在根、莖、葉、雌花、雄花、卷須中表達。在果實發(fā)育過程中，9個ARF基因在西瓜果實快速膨大期上調(diào)表達，與果實膨大呈正相關(guān)。6個ARF基因在果實發(fā)育前期表達上調(diào)，與果實細(xì)胞分裂呈正相關(guān)，5個基因的表達模式與果實發(fā)育無相關(guān)性。miRNA與其靶基因ARF的共表達分析發(fā)現(xiàn)，在果實發(fā)育中后期miR160表達上調(diào)，其靶基因ClARF6和ClARF12表現(xiàn)為下調(diào)表達，同樣隨著miR

8、167a和miR167c的上調(diào)表達，其靶基因ClARF2表達下調(diào)，表明miRNA和ARF基因共同參與了對西瓜果實膨大過程的調(diào)控。
　　4.Aux/IAA家族基因的鑒定及其在西瓜果實膨大過程中的表達分析。全基因組上鑒定出38個Aux/IAA家族基因，分布在除11號染色體外的其它10條染色體上，有21個、24個、26個、14個、11個和28個家族成員分別在根、莖、葉、雌花、雄花和卷須中表達，4個Aux/IAA基因在果實發(fā)育早期表達上調(diào)