【摘要】：番茄是一種世界范圍內(nèi)廣受消費(fèi)者喜愛的重要經(jīng)濟(jì)作物,同時(shí)也是研究肉質(zhì)果實(shí)發(fā)育與成熟的最佳模式植物。MYB和NAC轉(zhuǎn)錄因子均是植物最大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一,其中NAC轉(zhuǎn)錄因子是植物所特有。雖然目前有關(guān)這兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族的研究已取得一定進(jìn)展,但主要集中在模式植物擬南芥中,并且它們中的一些成員被證明在植物生長發(fā)育、成熟及脅迫應(yīng)答等過程中具有重要功能。本論文以番茄為研究材料,通過生物信息學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)和生理生化等方法對(duì)SlMYB75和SlNAC6轉(zhuǎn)錄因子在番茄果實(shí)成熟及脅迫應(yīng)答過程中的功能進(jìn)行了研究。取得的主要結(jié)果如下:(1)序列比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)SlMYB75與控制血橙花青素形成的關(guān)鍵MYB轉(zhuǎn)錄因子高度同源。SlMYB75基因能夠被多種非生物脅迫條件和外源激素誘導(dǎo)表達(dá),這與其啟動(dòng)子區(qū)域存在多種脅迫和激素響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件相一致。qPCR分析表明SlMYB75基因在番茄果實(shí)中的本底表達(dá)水平很低,但是超量表達(dá)該基因(SlMYB75-OE)能夠誘導(dǎo)花青素在番茄各個(gè)組織中大量積累并獲得顯著紫色的番茄果實(shí),其紅熟期果實(shí)的花青素含量高達(dá)1.86 mg g~-11 FW。此外,與野生型(WT)番茄果實(shí)相比,SlMYB75-OE果實(shí)的成熟延遲。(2)除了感觀上大幅增加的花青素,SlMYB75-OE果實(shí)成熟過程中的部分品質(zhì)屬性也顯著提高,包括黃酮類物質(zhì)、酚類物質(zhì)、可溶性糖和芳香揮發(fā)物,特別是有些萜烯類揮發(fā)物(萜烯類揮發(fā)物在WT番茄果實(shí)中本底含量很低)的含量能夠被提高到10倍以上。與此相對(duì)應(yīng),轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)SlMYB75-OE果實(shí)中相關(guān)的多條代謝途徑,如苯丙烷和芳香揮發(fā)物等途徑均發(fā)生了變化。酵母單雜交和雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)表明,SlMYB75轉(zhuǎn)錄因子具有調(diào)節(jié)功能,能夠與MYBPLANT和MYBPZM元件相互作用,并且可能通過直接靶向調(diào)控下游芳香合成基因(LOXC、AADC2和TPS基因)的表達(dá)來促進(jìn)芳香揮發(fā)物的積累。(3)SlMYB75-OE紫番茄含有3種主要的花青素成分,并且其中含量最高的花青素成分被初步確定為矮牽牛色素-3-氧-(對(duì)-香豆酰)-蕓糖苷-5-氧-葡萄糖苷。SlMYB75-OE果實(shí)的抗氧化能力顯著增強(qiáng),進(jìn)而使得該果實(shí)的貨架期顯著延長和對(duì)灰霉菌的抗性顯著增強(qiáng)。(4)系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系分析表明,SlNAC6轉(zhuǎn)錄因子和與脅迫關(guān)聯(lián)的2個(gè)轉(zhuǎn)錄因子聚集在相同的進(jìn)化分枝上。SlNAC6基因的啟動(dòng)子上存在多個(gè)ABA和脅迫響應(yīng)元件,并且能夠被PEG脅迫和外源施加ABA誘導(dǎo)表達(dá)。SlNAC6轉(zhuǎn)錄因子在葉組織中高量表達(dá),是一個(gè)核定位蛋白。(5)超量表達(dá)SlNAC6基因(SlNAC6-OE)株系的葉片氣孔導(dǎo)度降低,葉片失水率降低,種子萌發(fā)延遲和植株發(fā)育遲緩,并且這些指標(biāo)在SlNAC6基因干擾(SlNAC6-RNAi)株系中也受到不同程度的影響。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),下調(diào)或者超量表達(dá)SlNAC6基因能夠分別降低或者增加ABA合成途徑相關(guān)基因(NCED1、NCED2和ABA2等基因)的轉(zhuǎn)錄,從而影響內(nèi)源ABA的水平。(6)與WT植株相比,SlNAC6-RNAi植株在PEG脅迫條件下遭受了更嚴(yán)重的損傷,表現(xiàn)為更低的相對(duì)含水量、脯氨酸含量和抗氧化酶活性,以及更高的過氧化氫含量和丙二醛含量,并且多個(gè)脅迫相關(guān)基因(P5CS、SOD和POD等基因)的表達(dá)顯著下調(diào)。與此相對(duì)應(yīng),超量表達(dá)SlNAC6基因有效提高了番茄植株對(duì)PEG脅迫的耐受性,并且這些參數(shù)在SlNAC6-OE植株中呈現(xiàn)出相反的變化。這就表明SlNAC6轉(zhuǎn)錄因子在番茄植株對(duì)抗干旱脅迫過程中發(fā)揮積極作用。此外,與WT果實(shí)相比,SlNAC6-OE果實(shí)成熟提前。綜上所述,本論文證實(shí)了單個(gè)SlMYB75轉(zhuǎn)錄因子在培育富含花青素的番茄果實(shí)、改善果實(shí)成熟過程中部分品質(zhì)屬性和提高采后果實(shí)抗病耐貯藏能力方面作用顯著,以及SlNAC6轉(zhuǎn)錄因子在番茄植株應(yīng)對(duì)干旱脅迫及果實(shí)成熟過程中具有重要功能。這些研究結(jié)果為明確SlMYB75和SlNAC6轉(zhuǎn)錄因子在植物中的功能奠定了基礎(chǔ),同時(shí)也為今后通過育種或者基因工程技術(shù)改良番茄或者其他茄科作物的品質(zhì)及農(nóng)藝性狀提供了重要的參考。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S641.2
【圖文】：

圖 1.1 乙烯生物合成及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)模式圖(Liu et al., 2015)1 Simplified model of ethylene biosynthesis and signaling transduction pathway (Li2015)烯生物合成的前體物質(zhì)是 S-腺苷甲硫氨酸（SAM），它在 1-氨基環(huán)合成酶（ACS）的催化下形成 1-氨基環(huán)丙烷-1-羧化物（ACC），然基環(huán)丙烷-1-羧化物氧化酶(ACO)的催化下合成乙烯。在這一過程中AM 形成 ACC 是第一個(gè)限速反應(yīng)，因此，ACS 即是乙烯生物合成過限速酶(Kende, 1993)。目前，番茄中至少有 14個(gè)潛在的ACS 基因和 6發(fā)現(xiàn)(Klee and Giovannoni, 2011; Liu et al., 2015)，但他們?cè)诜巡煌磉_(dá)特性卻不一樣。根據(jù)果實(shí)受乙烯處理時(shí)乙烯合成特性的不同，成系統(tǒng)分為 2 類：系統(tǒng) I 乙烯和系統(tǒng) II 乙烯。其中，SlACS1A 和 Sl統(tǒng) I 乙烯合成過程中起作用，而 SlACS2 和 SlACS4 主要負(fù)責(zé)系統(tǒng) II成。此外，SlACO1 和 SlACO4 被證明在系統(tǒng) I 乙烯和系統(tǒng) II 乙烯以

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文 是植物體內(nèi)非常重要的激素之一，它參與調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的發(fā)和發(fā)育、幼苗的形態(tài)建成、氣孔運(yùn)動(dòng)以及植物應(yīng)對(duì)各種脅t al., 2011)。然而越來越多的研究表明 ABA 在果實(shí)成熟過程中也并且 ABA 功能的行使是由 ABA 的生物合成、分解代謝和信號(hào)i et al., 2014; Jia et al., 2016; Leng, 2009; Leng et al., 2014; Z

本文編號(hào)：2718183