核因子Y(NF-Y)调控番茄果实色泽形成的机理研究

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核因子Y(NF-Y,又被称为HAP和CBF),是一类从酵母到人类中普遍存在且进化保守的转录因子,由 NF-YA(HAP2/CBF-B)、NF-YB(HAP3/CBF-A)和 NF-YC(HAP5/CBF-C)三个不同的亚基组成。NF-Y通常以复合体的形式识别并结合下游基因启动子上的CCAAT作用元件,正调控下游基因的表达,在植物生长过程中参与调控一系列的生物学过程。然而,植物中关于NF-Y的报道主要集中在单个亚基或家族的功能性描述上,只有极少的几个完整NF-Y复合体被鉴定出来。此外,NF-Y在番茄中发挥的功能也不甚清楚。本研究首次报道了 NF-Y复合体在调控类黄酮的生物合成及影响番茄果实色泽形成方面的功能,主要得到了以下结果:1、番茄NF-Y因子进化及表达分析表明,Cluster Ⅰ NF-YBs、Cluster ⅡNF-YBs和Cluster Ⅰ NF-YCs可能在番茄生长发育过程中发挥比较重要的生物学功能。2、同时抑制SlNF-YB8a、SlNF-YB8b和SlNF-YB8c的表达导致番茄果实果皮色泽由黄色变为无色,表明SlNF-YB8a、SlNF-YB8b和SlNF-YB8c可能以功能冗余的方式调控类黄酮的生物合成。3、同时抑制SlNF-YB8a、SlNF-YB8b和SlNF-YB8c的表达显著抑制了果实果皮中类黄酮途径相关基因的表达,降低了柚皮素查尔酮/柚皮素类物质的含量,最终发育为无色果皮。4、SlNF-YC1b、SlNF-YC1e 和 SlNF-YC9 能够与 SlNF-YB8a、SlNF-YB8b 和SlNF-YB8c互作形成9种稳定的NF-YB-YC异源二聚体。其中,NF-YB8c-YC1e二聚体能够招募多个NF-YA蛋白形成完整的NF-Y复合体。5、由NF-YB8c-YC1e二聚体和NF-YA1b或NF-YA9组成的完整NF-Y复合体能够正调控SlCHS1基因的表达,并特异结合SlCHS1基因启动子上游的CCAAT作用元件。6、NF-Y复合体通过招募某种未知的组蛋白修饰酶,而不是招募SlREF6,来调节SlCHS1和SlCHS2位点上的H3K27me3 水平,从而调控SlCHS1和SlCHS2基因的转录。7、与对照相比,三干涉果实果皮中的SlMYB12的表达完全没有受到抑制。此外,蛋白互作实验表明NF-Y各亚基与SlMYB12在酵母体内和植物体内均不存在互作关系。综上所述,我们的研究表明由 SlNF-YB8a/8b/8c、SlNF-YC1b/1e/9 和 SlNF-YA1b/9组成的完整NF-Y复合体能够结合SlCHS1启动子上的CCAAT作用元件,并招募未知的组蛋白甲基化修饰酶调节CHS位点的H3K27me3水平,从而影响SlCHS1等类黄酮生物合成结构基因的转录,最终调控番茄果实色泽。
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