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光合作用为番茄果实生长发育提供能量、糖类及其他化合物,叶绿体是光合作用场所,叶绿素是光系统的重要组成部分。番茄果实中叶绿体的发育和叶绿素的代谢影响果实的发育和品质。目前,关于调控叶绿体发育和叶绿素代谢的转录因子研究较少,其调控机制仍不清晰。本研究采用VIGS(virus-induced gene silencing)筛选、植物遗传转化和转录组测序(RNA-Seq)及其他生物学研究方法,分析SlBEL11(BEL1-LIKEHOMEODOMAIN 11)转录因子调控叶绿体发育和叶绿素代谢的分子机制,并初探SlBEL11其他功能,主要结论如下:1、本研究以番茄Micro-Tom为材料,采用VIGS技术研究番茄果实成熟时期特异性表达的7个含HD结构域(homeodomain)的转录因子功能,发现番茄果实中抑制SlBEL11的表达会显著增加未成熟时期果实叶绿素的积累,表明SlBEL11可能调控果实中叶绿素的代谢途径。2、以番茄Micro-Tom为材料,通过遗传转化获得SlBEL11 RNAi转基因植株,未成熟时期果实中叶绿素积累增加,叶绿体数量增多,表明SlBEL11调控叶绿素的积累和叶绿体的发育。采用RNA-Seq分析转基因绿熟时期果实与对照组相应时期果实中差异表达基因,这些基因的功能分类涵盖包括与光合作用相关的类囊体、前体代谢物和能量等多个途径。3、RNA-Seq分析结果中,有48个表达量上调的基因参与叶绿素合成、光合作用和叶绿体发育途径,通过全基因组扫描BELL结合位点,与转录组数据综合分析发现,48个基因中有22个基因可能为SlBEL11蛋白的靶基因,主要包括叶绿素合成途径基因POR(protochlorophyllide reductase)、CHLH(Magnesium chelatase H subunit)和 CAO(chlorophyllide a oxygenase)和叶绿体发育相关基因 CAB(chlorophyll a/b binding protein)、TKN2(homeobox protein knotted 2)等。4、通过凝胶阻滞迁移率(EMSA)试验和染色质免疫共沉淀(ChIP)试验结果表明SlBEL11蛋白在体内和体外都可以与TKN2、CAB和POR启动子区域结合,被认为是SlBEL11的有效靶基因。双荧光素酶报告基因(DLR)试验结果表明SlBEL11蛋白负调控TKN2、CAB和POR的表达。5、此外,SlBEL11 RNAi番茄与野生型番茄相比果实破色延迟、果实显著变大且易脱落,表明转录因子SlBEL11还可能调控番茄果实发育和成熟等途径。总之,本研究表明转录因子SlBEL11在番茄果实叶绿素积累和叶绿体发育过程中发挥着重要的作用,同时具有调控番茄果实发育成熟的多种生物学功能。