番茄叶形发育关键TCP转录因子筛选及SlTCP24功能解析

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叶片形态是评估群体产能的重要生物学性状,叶形改良是株型育种的重要目标。番茄具有典型复叶,复叶形态变化多样,叶形的变化通常会影响植物的光合作用、蒸腾作用和抗逆性等生理功能,进而影响植株整体的生长和发育。因此研究番茄复叶形成与发育的机制对番茄光合、蒸腾及抗逆性研究具有重大意义。TEOSINTE BRANCHED1/CYCLOIDEA/PROLIFERATING CELL FACTORS(TCP)转录因子是植物特有的一类转录因子,在植物器官的生长发育中起着重要作用。本研究旨在筛选出对番茄叶片形态具有重要调控作用的TCPs,从中选出对番茄叶片发育具有关键作用的SlTCP24;同时,运用转基因技术和分子生物学手段初步探究SlTCP24对番茄叶片形态发育可能的调控机制。主要结果如下:1、根据TCP在叶片发育进程中的表达水平,发现SlTCP2、SlTCP4、SlTCP8、SlTCP11、SlTCP14、SlTCP15、SlTCP19、SlTCP22、SlTCP24、SlTCP25等10个番茄TCP转录因子的表达水平发生显著变化。对其进行生物信息学分析,结果表明10个TCPs成员分布在番茄8条不同的染色体上,它们的碱基、氨基酸的长度以及分子量的大小相差相对较大,均为不稳定的亲水性蛋白。SlTCPs的蛋白结构和成分分析表明中间约50 aa长度的氨基酸序列保守性相对较高且丝氨酸占比较多。预测番茄TCPs蛋白的亚细胞定位均在细胞核上。以上TCPs蛋白均含有TCP家族典型的保守域,其保守基序的分类与系统进化树的分支一致。2、利用番茄典型叶形突变体LA2922、LA2532及其对应的野生型进行RT-q PCR,结果表明SlTCP2、SlTCP11、SlTCP14、SlTCP15、SlTCP19、SlTCP24在LA2922和LA2532叶片中的表达水平呈相反趋势。利用番茄叶片不同组织部位检测SlTCP24的表达水平,结果表明SlTCP24在叶肉细胞中高度表达,同时其在叶原基发育进程中呈现出先降低后升高再降低的动态表达模式。3、对SlTCP24特性进行分析,结果发现SlTCP24蛋白在亚细胞定位观察中定位于细胞核中,并具有转录激活活性。4、通过农杆菌介导的遗传转化方法获得SlTCP24过表达番茄转基因阳性植株。相较于野生型,60 d苗龄的OE-SlTCP24番茄叶片表现出多一对小叶且脑叶数量增多,90 d苗龄的OE-SlTCP24番茄叶片向下弯曲发生褶皱并且其叶裂更深。使用VIGS技术发现60 d苗龄的p TRV2-SlTCP24番茄幼苗无脑叶,小叶对数与野生型相同均为两对,叶片无明显褶皱和叶裂变化。5、通过显微镜观察OE-SlTCP24番茄的叶肉细胞比野生型叶肉细胞的面积更大并且OE-SlTCP24番茄叶片中的叶绿体数量减少,进一步探究OE-SlTCP24番茄的光合数据发现相对于野生型其叶绿素值下降,光合速率降低。p TRV2-SlTCP24番茄的叶肉细胞面积相比对照变小,虽然叶片中的叶绿素值降低,但是叶片单位面积叶绿体数量增多,其光合速率升高。
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