番茄延伸体复合物核心亚基SlELP2的克隆及功能研究

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延伸体复合物Elongator是一个具有多亚基的组蛋白乙酰化酶复合体,在真核生物中高度保守。Elongator由两个亚复合体构成:ELP1-3组成核心亚复合体,ELP4-6组成辅助亚复合体,SlELP2即是从番茄中获得的一个核心亚基。Elongator通过乙酰化组蛋白H3和H4、对特定tRNA修饰以及对a-微管蛋白乙酰化修饰行使其在RNA聚合酶II介导的转录和翻译过程中的生理功能。  植物方面,仅在拟南芥中有Elongator的功能研究,而在其它物种中未见报道。拟南芥elp突变体表现出叶片变窄、根生长受抑制、生育力下降、幼苗和根生长对ABA极为敏感等表型。此外,Elongator还参与茉莉酸(JA)、乙烯(ET)及水杨酸(SA)等多种激素调节,暗示Elongator参与激素间的相互作用,通过维持这些激素平衡以调控多项生理过程。并且,Elongator在防御生物与非生物胁迫中也发挥着重要作用。  本研究以番茄为材料,通过RNAi介导的沉默技术,降低番茄中ELP2基因表达水平,以此研究Elongator在鲜果类植物中的功能,旨在进一步阐释Elongator在植物生长和果实发育、成熟中的重要作用,以及响应环境胁迫的生理机制。本课题主要内容及结果如下:  1、SlELP2编码区cDNA全长的克隆和基因表达模式分析  根据GenBank登陆的Micro-Tom中与ELP2同源的基因序列设计引物,扩增出2382bp的番茄ELP2基因cDNA全序列,开放阅读框为2190bp,编码729个氨基酸,分子量为80.4kD,等电点为6.02。该序列与Micro-Tom中登陆序列有一个碱基的差异,我们将该基因命名为 SlELP2。定量 PCR分析显示,SlELP2在野生型各器官中呈组成型表达,暗示其在植物的生长发育中具有重要功能。  2、转基因植株表型观察和激素处理  采用RNAi介导的基因沉默方法,构建了SlELP2沉默载体,得到3个转基因株系,其中有2个株系沉默效果很好,因而作为后续研究的材料。番茄中SlELP2表达下调,导致植物出现叶片变短,叶片、萼片衰老加快以及未成熟果实表皮颜色加深等表型。激素处理实验显示,ABA和ET诱导SlELP2基因上调表达,GA3处理使SlELP2基因表达量下调,转基因幼苗根的生长对ABA敏感,根生长明显受抑制。这些结果表明,番茄中Elongator与多种激素相互作用,调节植物的生长发育。  3、相关基因表达研究  与野生型相比,参与光合作用的核酮糖1,5-二磷酸羧化/加氧酶基因(Rbcs-2)在转基因叶片中表达明显下调,这与转基因植物的叶片萼片衰老加快表型一致;RCHY1属于E3泛素连接酶环指蛋白家族的成员,参与26s蛋白酶介导的蛋白泛素化降解过程。在转基因叶片和果实中RCHY1表达量明显高于野生型,表明转基因植物中蛋白泛素化作用加强,暗示Elongator与泛素化途径在某些功能上的协同作用,比如共同参与光信号转导而影响果实着色使转基因果实表皮颜色加深;参与乙烯合成的基因(ACO3),响应乙烯诱导的转录因子(E8、RIN)以及在番茄中参与成熟衰老的基因(TOM75)与野生型相比在转基因株系果实中呈现下降的趋势,这与上述转基因未成熟果实表皮叶绿素积累明显的现象相适应,也与转基因成熟果实中类胡萝卜素含量比野生型少的结果一致。但是,此结果与转基因植株中叶片和萼片提前衰老的现象不一致,显示出Elongator功能的多样性和复杂性。  4、根据ELP2基因研究背景和本研究中的实验结果总结Elongator可能通过参与转录和翻译过程而影响下游基因表达,以此调节某些特定的生理过程,比如参与对光信号转导途径的调节,影响果实着色。此外,Elongator参与多种激素信号的调节,而造成SlELP2沉默植株表型的多效性。
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