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番茄是一种重要的蔬菜作物,原产于南美洲。早在公元700年,印第安人和阿兹特克人就开始种植番茄。番茄果实中不仅含有丰富的蛋白质、维生素、抗氧化性物质以及微量元素,同时也是研究植物肉质果实发育、成熟及采后软化机制极佳的模式生物材料。本论文以中国番茄(Solanum lycopersicum Mill.var.Ailsa Craig,AC++)番茄为材料,分别研究了锌指蛋白转录因子(SlRCHY1)和果胶裂解酶(SlPL)基因在果实发育与成熟软化过程中的作用。研究表明,这两个基因在番茄果实的发育与成熟软化过程中发挥了重要作用。挖掘控制番茄的果实发育与成熟软化相关的关键性基因,研究其生化代谢和分子调控机制,对未来高品质耐贮藏番茄果品的育种具有重要的指导意义。锌指蛋白转录因子SlRCHY1(RCHY1,Solyc08g067960.2)属于C3H2C3RING-H2型转录因子家族,主要存在于真核生物中,调控靶标基因的转录和翻译水平。在高等植物中,C3H2C3转录因子主要在细胞分化、凋亡和胁迫中起重要作用。基因表达模式分析显示SlRCHY1基因主要在发育成熟的、衰老的植物组织中高表达,表明该基因可能在成熟阶段发挥作用。为了进一步了解该基因在果实成熟过程中的作用,以及探究RING-H2型锌指蛋白的分子作用机制提供,我们使用组织特异性启动子AcMADS1驱动目标基因在番茄果实发育过程中高水平表达。过表达SlRCHY1基因导致番茄果实从开花到破色时间段明显缩短。与野生型番茄相比,SlRCHY1过表达(SlRCHY1-OE)番茄果皮的叶绿素含量显著降低,而类胡萝卜素含量显著升高。荧光定量PCR结果显示,较之野生型,过表达SlRCHY1能诱导果实中果实成熟衰老相关激素脱落酸(ABA)合成基因及其信号转导通路基因的表达,最终导致脱落酸生物合成加强。此外,转基因植株也显示出果实硬度下降、可溶性固形物含量升高及类胡萝卜素合成基因PSY1、PDS、ZDS高水平表达等一系列生理生化的改变。SlRCHY1基因在烟草细胞中定位于细胞核,表明其可能在番茄果实生长发育进程中发挥功能性重要作用。综上所述,本论文的研究表明SlRCHY1基因在番茄果实的发育与成熟软化进程中发挥了极其重要的作用。硬度是衡量番茄果实耐贮藏性的重要指标。果胶裂解酶(PL)是果胶降解酶家族成员之一,主要依靠β-消除的方式裂解果胶β-1,4-半乳糖醛酸基团,达到细胞壁解体、细胞分离及果实软化的目的。为了明确果胶裂解酶在番茄果实成熟软化过程中的具体作用机制,我们对番茄果实发育特异表达的果胶裂解酶(SlPL)开展了功能研究。对SlPL(Solyc06g083580.2)基因的表达模式进行分析,发现SlPL基因在番茄的茎、花和幼嫩的果实中大量表达,表明该基因可能与茎、花及果实的生长发育关系紧密。为了进一步探究SlPL基因的功能,我们构建基于RNAi技术的SlPL沉默载体并获得了沉默效果较好的转基因株系。特异性沉默番茄SlPL基因后,呈现出果实硬度增大、果皮变薄、中果皮细胞层的细胞排列的更加致密、细胞体积变小且数目增多,果皮细胞从外至内均紧密排列。SlPL沉默的转基因番茄果实表现出更耐贮藏的效果,进一步通过生理水平、分子水平、细胞水平以及采后贮藏等层面的研究发现,沉默SlPL导致果实中果胶酶活性下降,果胶合成基因、伸展蛋白及木葡聚糖内糖基转移酶等基因均显著低水平表达,但是转基因与野生型番茄果实的表观指标没有什么差别。此外,荧光定量PCR结果也印证了果实的相关表型的变化。这些结果表明,本研究通过RNAi介导的SlPL基因特异性沉默可以有效增强果实的硬度、降低软化速率并延长番茄果实货架期,为人工定向调控番茄及其他物种果实提供重要理论参考。