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錄因子家族。在植物中，主要參與調控花器官的形成、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和便利。本研究在茄

2、科數(shù)據庫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基因表達譜分析表明這些基因在番茄生殖器官中表達量相對較高，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特征，說明這些花器官特征基因在調控番茄花器官發(fā)育上的不同功能。根據MIKCC型MADS-box基因表達譜數(shù)據和組織表達模式，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，

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的轉基因技術分析這兩個MADS-box蛋白的功能。
　　MADS-box轉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。表達模式分析表明SlGLO1基因在番茄花器官中表達量較高，進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。SlGLO1基因的沉默導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葉綠素含量增加，葉綠素合成基因顯著上調。番茄B類MADS-box基因TAP3在沉默株系的花瓣和雄蕊中表達上調，TPI表達下調，而TM6基因在沉默株系的花瓣中表達量減少，在沉默株系的雄蕊和心皮中表達量增加。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被顯著抑制。這些結果表明SlGLO1基因在調節(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錄因子，參與調控植物的很多生物學過程。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，在生殖器官和組織中的轉錄水平顯著高于營養(yǎng)器官和組織中的轉錄水平。SlMBP11超表達植株幼苗表現(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，其側芽增多。另外，SlMBP11的超表達引起了番茄生殖器官結構的

7、變化，比如較短的花柱和深裂子房引起的多心皮果實。SlMBP11的超表達也推遲了花被器官的衰老。我們通過形態(tài)學、解剖學和分子手段進一步證實了超表達株系這些表型的變化。這些發(fā)現(xiàn)表明SlMBP11在調節(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芽生長發(fā)育的轉錄因子，闡明了先前未被揭示的MADS-box基因在番茄中的功能。
　　MADS-box家族轉錄因子是參與植物很多發(fā)育過程的關鍵調控子。然而至今關于番茄中脅

8、迫相關的MADS-box基因的報道還很少見。為了進一步揭示SlMBP11基因在響應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超表達株系對于鹽脅迫的響應。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，較高的相對電導率和丙二醛含量證實了這個結論。比較而言，SlMBP11的超表達增強了番茄幼苗的抗鹽性，超表達株系較低的相對電導率和丙二醛含量，較高的相對含水量和葉綠素

9、含量證實了這個結論。此外，鹽脅迫處理后葉綠素合成、光合作用以及脅迫相關基因在SlMBP11沉默和超表達株系中的表達呈現(xiàn)相反的變化趨勢?？傊?，SlMBP11基因參與了番茄非生物脅迫響應，在耐鹽性上發(fā)揮著正調控作用。
　　綜上所述，本研究從茄科數(shù)據庫SGN中查找出131個番茄MADS-box轉錄因子家族基因，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中的功能和