果实是人类和动物重要的食物来源之一,果实的发育与成熟为高等植物所特有,所以研究果实的发育和成熟具有重要的理论意义和社会经济价值。肉质果实的成熟过程中,果实的质量和营养成分发生了多种变化,而这种变化影响着其食用价值。虽然不同物种的成熟特性不尽相同,但是可以大致的描述为颜色、质地、风味、香味和营养成分的改变,植物通过这些变化来吸引有机体并帮助其种子进行扩散。果实按照呼吸过程中变化不同通常可以被分为两种类型,呼吸跃变型和非呼吸跃变型,前者相对于后者在果实成熟的起始阶段有一个显著的呼吸跃变高峰。对于呼吸跃变型果实来说,例如番茄,香蕉和苹果等,乙烯合成的增加对于其果实的成熟是必需的；而对于非呼吸跃变型果实来说,例如草莓,葡萄和柑橘等则不需要呼吸跃变和乙烯的增加来完成成熟过程。目前,对于成熟过程在分子水平上的研究主要集中在乙烯调控路径上,而对于乙烯诱导前的调控过程和调控机制则知之甚少。研究表明果实的成熟是在多基因的紧密协作调控之下完成的,大量的基因在果实成熟开始时启动表达,这些基因的表达决定了果实的生化变化和果实相应的颜色、质地以及香味等方面的变化。这些复杂的生化事件表明,想要了解每个基因的作用是非常困难的。与研究每个单独的基因功能相比,鉴定出一些控制不同成熟调控的总的控制基因是更为有效的方法。基于以上原因,本研究对NAC家族成员SlNAC3基因的表达模式、亚细胞定位以及转录激活活性等进行分析,并且通过生物学的手段构建SlNAC3基因的超量表达和干涉表达载体并转化番茄,揭示了该基因在乙烯调控路径上游对于番茄果实发育成熟的重要作用。主要结果如下：1.SINAC3基因的结构分析。通过生物信息学的手段在核酸数据库中搜索到其他物种中被报道功能的NAC家族基因,对该家族基因的氨基酸序列进行比对分析,结果发现：NAC家族成员的N-端高度保守,存在5个高度保守的亚结构域,而C-端序列则存在高度差异。2.基因进化关系分析。通过对搜索到的番茄、拟南芥、矮牵牛等物种中的NAC家族成员氨基酸序列构建基因进化树,并对其进化关系进行分析,发现SINAC3基因与番茄成熟基因NOR和干旱响应基因OsNAC3聚为一类,揭示了SINAC3基因可能在番茄果实的成熟发育和逆境响应方面都发挥作用。3.目的蛋白的亚细胞定位分析结果显示SlNAC3所编码的蛋白定位于细胞核。4. SlNAC3基因的组织表达谱分析。SlNAC3基因在番茄的花器官和果实中均有较高水平的表达,特别是在果实的绿熟期和破色期中表达量较高,而在番茄的茎和叶中表达量极低。SlNAC3基因在果实发育成熟的各个阶段都有不同水平的表达,而且在果实发育的每一个时期,SlNAC3基因除了在果实的果皮和果肉组织中表达以外,在种子中也有相当水平的表达。5.逆境胁迫表达分析。SlNAC3基因对逆境胁迫存在响应,在ABA、干旱、NaCl等胁迫处理条件下目的基因显著下调表达。6.通过转基因手段得到SlNAC3的超量表达和干涉表达转基因番茄,干涉表达的转基因番茄果实中番茄红素和总的类胡萝卜素的合成受到明显的抑制,而叶黄素和β-胡萝卜素的合成量显著提高,果实最终呈现橙黄色。7.干涉表达的转基因番茄果实中细胞壁降解相关基因的表达量显著下降,果实硬度明显提高,在果实发育的后期没有呼吸跃变和乙烯释放的高峰。8.干涉表达的转基因番茄果实成熟进程明显延迟,对照果实在开花授粉后45天达到红熟期阶段而转基因番茄在开花授粉后70天仍然显示果实不成熟的表型。9.干涉表达的转基因番茄花粉活力显著下降,种子发育进程受阻,呈现显著败育的特点。通过石蜡切片和透射电镜等生化手段对干涉转基因番茄种子的超微结构进行分析结果显示,相比对照胚乳富含淀粉粒、胚组织细胞形状规则、细胞排列紧实,干涉转基因番茄种子的胚乳基本检测不到淀粉粒的存在,胚组织细胞呈现弥散的状态。10.芯片结果显示干涉表达的转基因番茄果实发育成熟和细胞壁代谢相关的基因表达受到显著抑制。