番茄MADS-box基因SlMBP10的功能研究

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MADS-box家族成员是一类广泛存在于动物、植物和真菌的极其重要的调控因子,MADS-box蛋白都具有保守的MADS-box结构域。植物中MADS-box参与调控众多生长发育过程,比如花器官的形成和果实的成熟等。番茄作为世界上广泛种植的蔬菜作物,番茄的培育需要比较稳定的生长发育条件。然而干旱、高盐等环境胁迫严重影响了番茄的产量与品质。目前,学者对MADS-box基因参与番茄生长发育多集中在花与果实的研究中,然而对MADS-box基因影响番茄非生物胁迫响应的研究相对较少。因此,对此类MADS-box基因在番茄非生物胁迫中的功能研究显得尤为必要。本研究从番茄中克隆出一个MADS-box基因SlMBP10,对其序列进行了生物信息学分析,并构建了该基因的沉默载体,通过农杆菌转化野生型番茄,以期研究番茄SlMBP10的功能。主要研究结果如下:(1)SlMBP10基因的生物信息学分析。本研究从番茄基因组数据库获得SlMBP10的cDNA序列。对SlMBP10编码的氨基酸序列多序列比对和同源进化分析发现,该基因属于MIKCC型MADS-box家族基因。对SlMBP10开放阅读框上游3000bp启动子序列分析,结果表明SlMBP10启动子序列中含有多个胁迫相关的转录因子结合元件。(2)SlMBP10在野生型番茄不同组织中的表达分析。SlMBP10在营养器官(根、茎、叶)中表达量相对较高,其中茎部表达最高。同时,SlMBP10的激素和胁迫诱导性实验表明,ABA等多种激素均能影响该基因的表达,NaCl和干旱胁迫能够诱导该基因的表达,表明SlMBP10可能与番茄茎的生长发育、NaCl和干旱胁迫的响应有关。(3)SlMBP10转基因番茄材料的获得。根据SlMBP10的mRNA序列,设计特异引物,构建沉默表达载体并转染野生型番茄。通过提取基因组DNA进行PCR阳性鉴定,获得了转基因阳性株系SlMBP10-RNAi。对其表型分析发现,与野生型相比,SlMBP10-RNAi株系的花粉和果实发育等无明显差异,然而SlMBP10-RNAi株系的茎沿茎纵轴方向出现开裂现象。结合上述相关非生物胁迫的表达模式分析,推测SlMBP10可能与非生物胁迫的应答有关,对番茄的营养生长和生殖生长各发育阶段的调控影响并不大。(4)SlMBP10-RNAi株系T1代幼苗对NaCl和干旱抗性分析。对SlMBP10-RNAi幼苗高浓度盐胁迫实验发现,SlMBP10-RNAi幼苗出现比野生型番茄萎蔫更早的表型。同时,与野生型相比,盐胁迫处理后SlMBP10-RNAi株系叶片的叶绿素含量和相对含水量降低,MDA(丙二醛)含量显著性上升,多个胁迫相关基因表达水平均显著低于野生型,叶绿素合成相关基因表达受到影响。干旱胁迫处理SlMBP10-RNAi幼苗发现,SlMBP10-RNAi幼苗的耐受性也比野生型番茄低,MDA含量显著性上升,叶绿素含量、相对含水量以及多个胁迫相关基因表达水平均低于野生型,叶绿素合成相关基因表达受到影响。盐水浸泡转基因植株叶片实验表明,SlMBP10-RNAi株系叶片叶绿素含量低于野生型。此外,NaCl敏感性实验发现盐处理对SlMBP10-RNAi株系幼苗生长的抑制作用更明显。这些结果表明降低SlMBP10的表达水平可以减弱番茄抗盐抗旱的能力。(5)SlMBP10-RNAi转基因幼苗对三种激素的敏感性分析。ABA、IAA和GA3的敏感性实验发现,ABA处理SlMBP10-RNAi和野生型幼苗后,转基因幼苗的胚轴和根长均比野生型的减短。IAA、GA3处理SlMBP10-RNAi和野生型幼苗后,转基因幼苗胚轴和根长与野生型相比没有明显的差异。结果表明沉默SlMBP10基因提高了番茄幼苗对ABA的敏感性,而对IAA和GA3的敏感性没有明显的影响。综上所述,本研究从番茄中克隆了SlMBP10基因并对其在番茄幼苗非生物胁迫响应方面进行了初步的探索,为全面阐明SlMBP10基因的功能和其对非生物胁迫响应的分子机理奠定基础。
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