论文部分内容阅读
油菜素内酯(brassinosteroid,BR)作为重要的天然甾体类植物激素,在植物的生长发育、以及抗逆的各个过程中都具有重要的生理作用。并且具有微量、高效、无毒等特点,也因此在农业中用于改良植物的相关性状具有很高的潜力作用。然而,有关BR在影响果实发育和着色方面的分子机制目前还不清晰。本研究中,以光依赖型紫茄“三月茄”为实验材料,通过异源超表达Gh PAG1基因,获得BR缺失型转基因茄子植株。Gh PAG1与P450单加氧酶CYP734A1/BUS1高度同源。从转录水平和代谢水平阐明BR调控果实发育和花色苷积累的分子机理。主要研究结果如下:1)通过农杆菌介导的遗传转化,获得内源BR缺失性转基因植株。与野生型相比,BR缺失导致植株矮小、叶片皱缩卷曲、且深绿色、叶倾斜角减小、顶端优势降低、坐果率低、果实发育迟缓,并且整个植株生长周期被延缓推迟。除此之外,果皮着色减少、叶绿素含量增加,绿原酸含量增加。2)通过外源喷施BR,对BR缺失性植株进行表型恢复。分别喷施浓度为200 n M和700 n M的BR后,转基因植株的株高和叶片夹角逐渐增高并接近WT。3)通过分析RNA-seq数据发现,在内源油菜素内酯积累不足的情况下,共检测到459个差异基因。GO功能富集根据功能分为生物学过程、细胞组件以及分子功能三大类,并进一步划分为21个功能组。KEGG富集通路分析发现植物激素信号转导、黄酮类生物合成、油菜素内酯生物合成以及植物病原菌互作等通路发生显著性富集。与野生型果实相比,BR生物合成基因显著上调而信号转导基因显著下调,与IAA、ABA、JA和SA信号转导相关基因表达水平整体呈现下调趋势。另外,在植物防御反应和花色苷生物合成途径中相关基因的表达水平也发生显著性下调。这些结果从m RNA水平解释了BR调控果实发育和花色苷积累的可能机理。4)通过三重四级杆质谱的多反应检测模式分析发现,生长素,茉莉酸、茉莉酸甲酯、水杨酸含量都发生下降,其中变化最为显著的是茉莉酸,其次为生长素。5)通过使用UHPLC-Q-Orbitrap-MS技术对转基因和野生型果皮进行代谢物检测,共检测到214种差异代谢物,被分为29大类。接着对样本进行主成分分析,共获得两个主成分,能够解释55.4%的数据模型。在对差异代谢物统计分析后,发现氨基酸及其衍生物种类最多,共有36种。其次为黄酮类化合物31种。与野生型相比,转基因果皮中的黄酮类化合物大多呈现下调趋势。综上所述,油菜素内酯的缺失导致多种植物内源激素出现平衡重置从而影响植株生长发育以及果实发育。另外,BR主要通过影响茉莉酸信号转导对花色苷生物合成进行调节,最终影响花色苷积累。