矮牵牛PhACL和PhmCS的功能研究

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花色是观赏植物的重要性状之一,花青苷是花呈色的重要色素之一。从乙酰CoA到花青苷的合成路线已经研究得比较清楚,但合成花青苷的乙酰CoA的来源尚不清楚。细胞质中的乙酰CoA主要通过ATP-柠檬酸裂解酶(ATP-citrate lyase,ACL)催化柠檬酸得到,而柠檬酸则可由柠檬酸合酶(citrate synthase,CS)催化乙酰CoA和草酰乙酸(oxaloacetic acid,OAA)合成。关于ACL和CS的研究大多集中在植物的生长发育方面,ACL和CS是否参与了花青苷的合成尚且不知。矮牵牛(Petunia hybrida Vilm)是研究花色的良好材料。本文以矮牵牛为实验材料,研究ACL和CS是否参与花青苷的合成,结果如下:(1)本文克隆了编码PhACL两个亚基的四个基因PhACLA1、PhACLA2、PhACLB1和PhACLB2,并通过酵母双杂技术鉴定了各亚基之间的互作关系:PhACLA1和PhACLA2与PhACLB1和PhACLB2都互作,PhACLB1和PhACLB2互作,PhACLB2和PhACLB2互作。在此基础上,推测了PhACL的蛋白复合体结构。(2)PhACLA1、PhACLA2、PhACLB1和PhACLB2单独沉默均与对照无明显差异,但沉默PhACLA1-A2或者PhACLB1-B2时,矮牵牛植株有非常相似的变化:植株矮化,植株的枝条茎间变短,叶片变小,叶色加深,花变小,花色变浅。(3)PhACLA1-A2和PhACLB1-B2沉默植株的表型极为相似,本文重点对PhACLB1-B2沉默植株做了后续观察和实验。PhACL B1-B2沉默影响植株的生殖生长:花药不能正常发育,种子畸形,种皮颜色变浅。PhACL B1-B2沉默后,花中PhACL酶活性降低,柠檬酸含量升高。PhACL B1-B2沉默出现衰老表型:矮牵牛花瓶插寿命变短,花冠的乙烯释放量增加,并且衰老相关基因的表达量上调。PhACL B1-B2沉默植株中活性氧和脯氨酸含量增加,沉默植株可能处于氧化胁迫的状态。(4)本文分离了三个PhCSs:PhmCS,PhCSY1和PhCSY2,并通过亚细胞定位技术,确定了三个PhCSs在矮牵牛叶片原生质体中的定位:PhmCS定位于线粒体,PhCSY1和PhCSY2定位于过氧化物酶体。(5)PhCSY1,PhCSY2和PhCSY1-Y2的沉默植株表型均与对照无明显差异。但沉默PhmCS时植株有明显表型变化:植株的幼叶黄化,随着叶片的生长,叶色复原,叶片长宽比变大,花瓣发育不正常,花色变浅,略微偏蓝,花冠和叶片中的柠檬酸含量降低,p H值升高,氨基酸含量发生变化。(6)PhACL和PhmCS沉默后,矮牵牛花冠中的乙酰CoA含量和花青苷含量均明显降低,花冠中代谢组分均发生显著性变化,PhmCS沉默后,花冠中的丙二酰CoA含量也有所降低。
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