兩個番茄MIKCC型MADS-box基因的功能研究.pdf

1、MADS-box蛋白家族是一類廣泛分布于真核生物中的龐大轉(zhuǎn)錄因子家族。在植物中，主要參與調(diào)控花器官的形成、開花時間、果實成熟等生殖生長過程。盡管在高等植物中已發(fā)現(xiàn)大量的MADS-box蛋白，例如，在擬南芥中發(fā)現(xiàn)107個、水稻中發(fā)現(xiàn)75個、二穗短柄草中57個、蕪菁中167個、蘿卜中144個，但是對于番茄全基因組MADS-box基因系統(tǒng)地查找和分析至今未見報道。最近，番茄全基因組測序的完成為研究番茄特定基因的功能提供了基礎(chǔ)和便利。本研究在茄

2、科數(shù)據(jù)庫Sol Genomics Network(SGN)中共查找到131個番茄MADS-box基因，其中I型81個，II型50個，分析了其分子特征，并對未知功能的番茄MADS-box基因進(jìn)行了系統(tǒng)的命名。對番茄MADS-box基因全基因組查找、分析和命名為繼續(xù)探索研究番茄中MADS-box基因的功能提供了便利和有價值的信息。MIKCC類MADS-box基因表達(dá)譜分析表明這些基因在番茄生殖器官中表達(dá)量相對較高，這說明它們可能在番茄生殖生

3、長階段扮演著重要角色。此外，本研究篩選出15個番茄花器官特征基因，其中，A類基因2個，B類基因4個，C類基因2個，D類基因2個，E類基因5個。在番茄四輪花器官中的表達(dá)模式分析表明，這些花器官特征基因具有明顯的組織特異性表達(dá)特征，說明這些花器官特征基因在調(diào)控番茄花器官發(fā)育上的不同功能。根據(jù)MIKCC型MADS-box基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)和組織表達(dá)模式，篩選出了兩個MADS-box基因SlGLO1和SlMBP11，其在生殖器官花和果實中高量表達(dá)，

4、表明它們可能參與了番茄的生殖生長過程。本研究擬通過目的基因沉默或超表達(dá)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)分析這兩個MADS-box蛋白的功能。
　　MADS-box轉(zhuǎn)錄因子在植物的生長和發(fā)育特別是在決定花器官屬性上扮演著重要的角色。在本研究中，一個花器官同源異型蛋白基因SlGLO1被克隆。表達(dá)模式分析表明SlGLO1基因在番茄花器官中表達(dá)量較高，進(jìn)一步地分析表明該基因在花器官中的花瓣和雄蕊中高量表達(dá)。SlGLO1基因的沉默導(dǎo)致了異常的花器官表型，包括綠

5、色較小的花瓣和畸形心皮化的雄蕊。研究表明SlGLO1沉默株系的花瓣和雄蕊中總?cè)~綠素含量增加，葉綠素合成基因顯著上調(diào)。番茄B類MADS-box基因TAP3在沉默株系的花瓣和雄蕊中表達(dá)上調(diào)，TPI表達(dá)下調(diào)，而TM6基因在沉默株系的花瓣中表達(dá)量減少，在沉默株系的雄蕊和心皮中表達(dá)量增加。此外，SlGLO1沉默株系是雄性不育的。沉默株系的花粉畸形，不能正常萌發(fā)。番茄花粉特異基因在沉默株系中的表達(dá)被顯著抑制。這些結(jié)果表明SlGLO1基因在調(diào)節(jié)番茄花

6、器官和花粉發(fā)育方面發(fā)揮著重要作用。
　　MADS-box蛋白是一類重要的轉(zhuǎn)錄因子，參與調(diào)控植物的很多生物學(xué)過程。同時本研究克隆了番茄AGL15亞家族成員SlMBP11，該基因在檢測的番茄各個組織中均有表達(dá)，在生殖器官和組織中的轉(zhuǎn)錄水平顯著高于營養(yǎng)器官和組織中的轉(zhuǎn)錄水平。SlMBP11超表達(dá)植株幼苗表現(xiàn)出植株高度，葉面積和節(jié)間長度減小，節(jié)數(shù)和葉片數(shù)增加。隨著植株的生長，其側(cè)芽增多。另外，SlMBP11的超表達(dá)引起了番茄生殖器官結(jié)構(gòu)的

7、變化，比如較短的花柱和深裂子房引起的多心皮果實。SlMBP11的超表達(dá)也推遲了花被器官的衰老。我們通過形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)和分子手段進(jìn)一步證實了超表達(dá)株系這些表型的變化。這些發(fā)現(xiàn)表明SlMBP11在調(diào)節(jié)番茄植株形態(tài)和生殖器官發(fā)育方面扮演重要角色，該研究增加了一類新的控制側(cè)芽生長發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子，闡明了先前未被揭示的MADS-box基因在番茄中的功能。
　　MADS-box家族轉(zhuǎn)錄因子是參與植物很多發(fā)育過程的關(guān)鍵調(diào)控子。然而至今關(guān)于番茄中脅

8、迫相關(guān)的MADS-box基因的報道還很少見。為了進(jìn)一步揭示SlMBP11基因在響應(yīng)非生物脅迫方面的功能，我們研究了野生型番茄、SlMBP11沉默株系和SlMBP11超表達(dá)株系對于鹽脅迫的響應(yīng)。在本研究中，沉默株系的幼苗對鹽脅迫的抗性減弱，沉默株系較低的相對含水量和葉綠素含量，較高的相對電導(dǎo)率和丙二醛含量證實了這個結(jié)論。比較而言，SlMBP11的超表達(dá)增強(qiáng)了番茄幼苗的抗鹽性，超表達(dá)株系較低的相對電導(dǎo)率和丙二醛含量，較高的相對含水量和葉綠素

9、含量證實了這個結(jié)論。此外，鹽脅迫處理后葉綠素合成、光合作用以及脅迫相關(guān)基因在SlMBP11沉默和超表達(dá)株系中的表達(dá)呈現(xiàn)相反的變化趨勢?？傊琒lMBP11基因參與了番茄非生物脅迫響應(yīng)，在耐鹽性上發(fā)揮著正調(diào)控作用。
　　綜上所述，本研究從茄科數(shù)據(jù)庫SGN中查找出131個番茄MADS-box轉(zhuǎn)錄因子家族基因，并對兩個MIKCC類MADS-box基因（SlGLO1和SlMBP11）在番茄花器官發(fā)育、植株形態(tài)建成和非生物脅迫響應(yīng)中的功能和