KNOPE1等几个与桃半矮生特性相关基因的克降与功能验证

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桃[Prunus persica(L.)Batsch]是我国重要的落叶果树之一,我国是桃的原产地和多样性中心,在我国,桃树的种植面积非常大,但是由于其萌芽力强,新梢生长量大,导致修剪任务重,增加了果园管理成本;同时由于其树体高大,通风透光不好,导致光合利用效率不高,果实着色不好,口感欠佳,果园经济效益低。矮化密植是现代果园的发展趋势,具有早丰产、管理方便、果实品质好等优点。矮化品种选育已经成为果树育种的热点。随着分子生物学在果树中的应用,一些与节间长度相关的基因逐渐被发掘,找出控制桃节间长度的关键因子,对于利用分子手段进行矮化种质培育具有重要意义。本研究在课题组前期对‘黄水蜜’ב中油桃14号’的F1代进行转录组测序的基础上,对转录组测序分析筛选到的4个差异表达基因(PpHsfB-4、PpHSP17.9、PpTFL1和PpKNOPE1)进行克隆和生物信息学分析;对PpHsfB-4、PpHSP17.9和PpTFL1三个基因进行组织特异性表达分析,并构建三个基因的过表达载体,转入拟南芥中进行功能验证;此外,构建35S::PpKNOPE1-YFP亚细胞定位载体确定PpKNOPE1亚细胞定位情况。上述研究结果为从分子机理方面揭示‘中油桃14号’的半矮生特性提供了依据。主要研究结果如下:1.PpHsfB-4、PpHSP17.9、PpTFL1和PpKNOPE1的克隆及生物信息学分析。分别以‘中油桃14号’与‘黄水蜜’的cDNA为模板,成功扩增得到PpHsfB-4、PpHSP17.9、PpTFL1和PpKNOPE1四个基因的编码区片段,其CDS全长分别为1170bp、462bp、519bp、1170bp;对这4个基因序列进行分析,发现这4个基因在两个不同生长型桃品种间没有序列差异;利用SOPMA在线预测PpHsfB-4、PpHSP17.9、PpTFL1 和 PpKNOPE1 蛋白质的二级结构,结果显示,PpHsfB-4、PpHSP17.9和PpKNOPE1的二级结构组成均为无规则卷曲>α-螺旋>扩展链结构>β-转角,PpTFL1的二级结构组成为无规则卷曲>扩展链结构>α-螺旋>β-转角,这种不同比例的二级结构组成与其各自的功能有着密切的联系;利用Protparam在线预测蛋白质的理化性质,结果显示,PpHSP17.9与PpKNOPE1的等电点在酸性范围内,PpHsfB-4与PpTFL1的等电点在碱性范围内,且4个蛋白的总平均疏水指数均为负值,表明这4个蛋白均为亲水蛋白。2.PpHsfbB-4、PpHSP17.9和PpTFL1基因组织特异性表达分析。利用qPCR对PpHsfbB-4、PpHSP17.9和PpTFL1在‘中油桃14号’中的组织特异性表达进行分析,结果显示,PpHsfB-4、PpHSP17.9和PpTFL1基因在‘中油桃14号’一年生枝条的茎尖、嫩叶、成熟叶、花、胚、果实中均有表达,但是表达量有差异;PpHSP17.9基因在成熟叶中表达量最高,在其他部位几乎没有表达;PpHsfB-4基因在嫩叶中的表达量最高,其次是茎尖,在胚和成熟叶中的表达量最低;PpTFL1基因在茎尖的表达量最高,在其他部位几乎没有表达,这种在营养器官中特异性表达的模式与TFL1维持并延长植物营养生长的功能一致。3.PpHsfB-4、PpHSP17.9和PpTFL1过表达载体构建及转化野生型南芥。成功构建了35S::PpHsfB-4、35S::PpHSP17.9和35S::PpTFL1过表达载体,利用农杆菌介导法进行拟南芥的转化,利用PCR技术对转基因植株进行鉴定。通过PCR鉴定出5个35S::PpTFL1的转基因株系,分别命名为35S::PpTFL1#1、35S::PpTFL1#2、35S::PpTFL1#3、35S::PpTFL1#4与35S::PpTFL1#5,在T0代转基因植株中,35S::PpTFL1株系的#1与#2两个株系开花延迟,莲座叶数量增加,营养生长增加,而#3、#4与#5这三个株系不开花,对其进行延长光照处理(18 h光照28℃+6 h黑暗26℃)10 d以后,三个株系均出现不同程度的抽薹现象,之后置于正常生长条件下,出现两种表型:35S::PpTFL1#3可以正常抽薹开花,35S::PpTFL1#4与35S::PpTFL1#5虽然可以抽薹,但无花序出现,且出现分蘖增多现象,这种表型与TFL1基因延迟开花、延长营养生长的功能相一致。利用PCR鉴定出2个35S::PpHsfB-4转基因株系,分别命名为35S::PpHsfB-4#1与35S::PpHsfB-4#2,其T1代植株与野生型拟南芥相比,幼苗根系均显著变短,且35S::PpHsfB-4#2株系表现出生长迟缓,植株较小。利用 PCR鉴定出9个35S::PpHSP17.9转基因株系,依次命名为35S::PpHSP17.9#1-35S::PpHSP17.9#9,其 T1代植株与野生型拟南芥相比,35S::PpHSP17.9#1、35S::PpHSP1 7.9#6与35S::PpHSP17.9#9这三个株系植株高度均增加,对其节间长度与节数进行统计,发现增加的主要原因是因为植株节数增加,从而导致植株高度增加。4.PpKNOPE1的亚细胞定位分析。成功构建35S::PpKNOPE1-YFP融合表达载体,并利用农杆菌介导法成功将其转化到本氏烟草表皮细胞中,置于激光共聚焦显微镜下观察,结果显示,PpKNOPE1-YFP融合蛋白除了在细胞核上有荧光,在细胞膜上也有微弱荧光,表明其是一个核膜共表达蛋白。
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