葡萄VvACS1功能鉴定及其转录调控研究

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葡萄(Vitis vinifera L.)是中国主要栽培的经济果树之一。由于葡萄的贮藏期较短,在贮藏期间易发生干梗、腐烂、褐变和脱粒等现象,严重影响其商业品质和货架寿命。乙烯在果实成熟和脱落中起着至关重要的作用。葡萄果粒属于非呼吸跃变型,而穗轴具有呼吸跃变型的乙烯释放模式,且穗轴乙烯释放量是果粒乙烯释放量的10倍以上。ACS是乙烯合成过程中的关键基因,前期研究结果表明,VvACS1基因在葡萄穗轴中特异表达。乙烯合成后,通过其信号转导途径发挥作用,其中乙烯受体基因(ETR)是乙烯信号通路最上游的调控元件,ERF转录因子家族则对乙烯合成关键基因具有调控作用。本研究通过研究过量表达VvACS1对番茄植株生长的影响,对VvACS1进行功能鉴定;通过分析VvETR基因在不同葡萄品种中的时空表达,探究乙烯受体在乙烯信号转导途径中的作用;通过研究VvERF75与VvACS1启动子的互作,来明确乙烯响应因子ERF如何调控乙烯合成通路中关键基因VvACS1的表达进而调控乙烯的合成。主要研究结果如下:1、VvACS1在番茄中过表达后导致转基因植株腋芽中生长素含量降低了 32%,玉米素含量升高了 70%,削弱了转基因株系的顶端优势,促进了腋芽的早期萌发,而玉米素和生长素比值由1:5升高到了 1:2,抑制并延迟了腋芽扦插后不定根的产生。2、转基因植株中玉米素-O-葡萄糖苷转移酶(ZOG)、生长素抑制/休眠相关蛋白(ARP)和ERF转录因子的相对表达量高于野生型植株,进一步说明了乙烯可能调控生长素在腋芽中的储运和分布以及生长素与乙烯之间的协同机制调控不定根形成的机制。3、不同葡萄品种果粒在整个生长发育时期的乙烯释放量均非常低,且呈现逐渐下降的趋势,果实成熟后乙烯释放量趋近于0;而穗轴的乙烯释放模式不同,‘寒香蜜’穗轴在采后存在乙烯跃变峰值,高达8.83μL·Kg-1·h-1,而‘阳光玫瑰’穗轴的最高乙烯释放量出现在花后14天,为2.67μL·Kg-1·h-1,采后没有乙烯跃变峰值。在果粒中,除了 VvETR4在两个品种中表达模式不同,其余三个VvETRs表达模式基本一致,均在生长发育前期表达量较高;而穗轴中VvETRs在生长发育后期或采后表达量较高。通过相关性分析,果粒中VvETR2和VvETR4与乙烯释放量之间呈现显著正相关,而穗轴中VvETR2与乙烯释放量之间呈现显著负相关。结果表明,VvETR2和VvETR4在乙烯信号转导途径中可能具有重要作用。4、通过对葡萄ERF基因家族进行生物信息学和基因表达量分析,结果表明,VvERF75和VvACS1基因表达量随着穗轴的生长发育逐渐升高,且两者表达量之间具有显著相关性,相关系数为0.833。酵母单杂交试验表明VvERF75可以在体外结合VvACS1启动子;双荧光素酶试验表明VvERF75抑制了VvACS1启动子活性。
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