番茄BES1/BZR1转录因子SlBES2调控果实叶绿体发育与叶绿素代谢分子机理研究

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BES1/BZR1家族是植物所特有的一类转录因子,作为BR信号途径的核心成员,BES1/BZR1主要参与植物生长发育以及胁迫响应,而关于BES1/BZR1在果实成熟方面的调控机制还鲜有报道。番茄果实成熟往往伴随着一系列生理生化反应的发生,包括叶绿体发育及降解重塑、叶绿素代谢以及类胡萝卜素、番茄红素等营养物质的合成。本研究通过生物信息学、遗传转化、生理生化和分子生物学等研究手段,对番茄Sl BES2转录因子在果实发育及成熟过程中的生物学功能及其调控机制进行了深入研究,主要获得以下结论:(1)通过生物信息学等手段对Sl BES2转录因子进行了初步的分析。明确了Sl BES2是一个与番茄Sl BES1和Sl BZR1以及拟南芥At BES1和At BZR1均高度同源的BES1/BZR1家族转录因子。时空表达模式分析表明Sl BES2在番茄不同组织及果实的不同成熟阶段中均有表达,其中果实绿熟期表达水平最高,其次是叶和茎。亚细胞定位和转录活性分析表明Sl BES2主要定位于细胞核且具有转录抑制活性。(2)初步明确了Sl BES2的生物学功能。通过构建Sl BES2超表达和干扰株系发现,Sl BES2可以调控果实成熟期,控制果实脱绿程度的持续时间。超表达Sl BES2导致果实破色及成熟时间明显提前,褪绿时间缩短,果实破色更加分散。绿熟期果实中叶绿素、叶黄素、玉米黄素、β-类胡萝卜素含量均明显升高,类囊体数量显著高于野生型。而干扰株系果实的相关表型则与之相反。(3)筛选了Sl BES2转录因子的部分下游靶基因。通过转录组测序分析发现,Sl BES2影响番茄果实光合作用、捕光色素蛋白、叶绿素代谢和叶绿体发育过程中相关基因的表达。GO富集分析表明,在光合作用和捕光功能存在差异基因。基因表达热图显示转基因株系中捕光色素蛋白、叶绿素代谢、叶绿体发育相关基因表达均存在显著差异。对叶绿体发育和叶绿素代谢相关基因的定量分析结果显示,Sl BES2对果实叶绿素代谢和叶绿体发育具有调控作用。进一步筛选叶绿素代谢和叶绿体发育相关基因,利用双荧光素酶报告系统验证Sl BES2对部分相关基因启动子的转录调控作用,结果显示Sl BES2可能直接抑制叶绿素还原酶NYC1和Green Flesh基因启动子的转录活性。综上所述,本研究表明转录因子Sl BES2在调控果实叶绿体发育与叶绿素代谢方面发挥了重要作用,这些结果丰富了BES1/BZR1转录因子在果实成熟中的生物学功能,完善了果实成熟的调控机制和调控网络,也为培育适宜规模化、省力化栽培的番茄品种提供了重要的理论依据。
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