调控番茄糖苷生物碱(SGAs)生物合成的ORCA基因功能鉴定

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糖苷生物碱(SGAs)是一种抗营养物质,广泛存在茄科植物中。SGAs可以帮助植物抵御外源病菌的入侵,提高植物的抗病性且具有广泛的药学活性。目前在番茄中,关于SGAs合成途径中茄啶和番茄碱的合成阶段研究较少,其调控机理还尚不清楚。本研究通过对300份番茄重测序材料进行α-番茄碱含量的测定,将所测结果进行GWAS(Genome-wide association study)关联分析,候选出参与SGAs途径的基因ORCA。通过遗传转化对基因ORCA进行功能验证,并通过酵母单双杂等实验进一步探究了基因ORCA参与调控SGAs合成的分子机理。研究结果如下:1.对基因ORCA超量和干涉的番茄株系进行分析,结果显示基因ORCA调控番茄叶片中α-番茄碱的合成。α-番茄碱的含量在超量表达转基因株系ORCA中显著增加,干涉转基因株系ORCA中显著降低。2.组织表达分析表明:番茄根、茎、幼叶、老叶、花、果实等14个不同组织或器官中,基因ORCA呈组成型表达模式,其中在番茄根中的表达量最低,在成熟叶片中的表达量最高。3.异源表达番茄基因ORCA能够显著增加烟草中烟碱的含量。表明烟草中具有与番茄相同的生物碱合成模式。4.酵母双杂交实验结果显示,基因ORCA与基因SlbHLH058在蛋白水平上互作。干涉基因ORCA,可显著降低基因SlbHLH058的表达。5.进一步分析验证表明,通过转基因干涉SlbHLH058基因表达,番茄叶片中α-番茄碱的含量无显著变化。表明基因SlbHLH058不单独参与SGAs合成途径。6.酵母单杂实验结果显示,基因ORCA可以通过结合基因GAME19的启动子,从而调控其表达。7.MeJA处理后,基因SlbHLH058表达量显著升高,基因ORCA与对照相比无显著差异。说明基因ORCA可能通过与基因SlbHLH058相互作用参与Me JA信号响应途径。
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