SlBEL11影响番茄果实成熟与类胡萝卜素积累的功能研究

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作为一种重要的经济作物,番茄富含番茄红素,是人类膳食营养的重要来源。在番茄成熟中,果实的质地、风味、香气和颜色会发生巨大的变化。番茄成熟受到转录因子的调控,关于番茄成熟过程中生理生化变化已经研究的比较透彻,但是成熟的转录调控依然是一个难点和热点。筛选和鉴定新的果实成熟相关的转录因子是研究肉质果实成熟的重要内容,不仅能完善果实成熟的转录调控网络,而且能为今后通过转基因技术获得营养价值更高、贮藏特性更优良的番茄品种提供理论依据。本研究通过RNA干扰技术(RNA interference,RNAi)获得了SlBEL11 RNAi转基因植株,并借助病毒诱导的基因沉默(Virus Induced Gene Silencing,VIGS)技术探究SlBEL11(BEL1-LIKEHOMEODOMAIN11)转录因子在调控番茄果实成熟与类胡萝卜素积累中的潜在功能,主要结论如下:1、本研究以野生型Micro Tom番茄为材料,采用VIGS技术研究在番茄果实成熟阶段具有较高表达量的SlBEL11转录因子的功能,结果发现SlBEL11基因的沉默会导致番茄果实成熟受到抑制,番茄不能正常变红,呈现出黄色表型。2、以野生型Micro Tom番茄为背景材料,通过转基因技术获得SlBEL11 RNAi转基因植株,番茄果实破色后着色速度被显著抑制,果实成熟进程也被显著延缓。SlBEL11基因的沉默会导致番茄不均匀成熟,但能积累番茄红素,最后呈现橙黄色表型。说明SlBEL11是番茄果实成熟的正调控因子。3、SlBEL11还参与了番茄果实、种子和果皮的发育。与野生型番茄果实相比,SlBEL11 RNAi番茄果实显著变大,单果重增加,果皮增厚。种子的发育被抑制,种子数量减少且单粒重降低,果实易脱落。表明SlBEL11还调控了果实生长发育。4、进一步研究发现,SlBEL11基因的沉默改变了番茄果实呼吸速率和乙烯的释放量,并且引起了类胡萝卜积累、植物内源激素的含量以及类胡萝卜代谢途径关键酶基因表达量的变化。SlBEL11 RNAi果实呼吸高峰延迟,乙烯仍能合成但释放量明显降低。SlBEL11 RNAi果实中主要类胡萝卜素积累减少,叶黄素和脱落酸大幅度增加。SlBEL11的沉默引起了类胡萝卜合成途径中LCY-e表达量显著升高,LCY-e的相对表达量增加了4倍以上。说明SlBEL11可能通过调控LCY-e的表达来调控类胡萝卜素的积累,SlBEL11参与了乙烯和ABA对果实成熟的调控作用,导致SlBEL11 RNAi果实成熟延迟。总之,以上证据证明SlBEL11是番茄果实成熟的正调控因子,影响了番茄果实类胡萝卜素积累,拓展了番茄果实成熟调控网络。
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