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3一羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是类异戊二烯途径中的限速酶,有研究指出HMGR是果实生长代谢的控制的中心,其活性决定了细胞分裂周期活性、库力和果实生长所需的类异戊二烯类物质的可利用性,从而对果实的最终大小产生调控作用。荔枝(LitchichinensisSonn.)是原产于我国热带、亚热带的水果,荔枝果实发育过程中果实发育不充分导致果个偏小是生产中亟待解决的关键问题之一,但国内外至今还未见从类异戊二烯代谢角度深入研究荔枝果实发育的报道。
本论文主要目标是克隆荔枝果实中的HMGR基因,研究该基因在果实发育过程中的表达特征,并初步探讨不同生长调节物质对荔枝HMGR基因的调控效应。因此,本研究无论从理论上还是从生产实践上都具有重要的意义。主要研究结果如下:
1.采用RT-PCR与RACE-PCR相结合的方法,首次从荔枝果实中获得1个HMGR的全长序列,并命名为£c-hmgl(Genbank登录号为DQ536143)。序列分析表明,该基因eDNA全长2242bp,基因编码区共1647bp,推测其编码549个氨基酸。Blast结果显示,该基因与已报道其他植物的HMGR基因的核苷酸序列同源性一般高于80%。该基因推导的氨基酸序列与其他9种植物HMGR基因编码的氨基酸序列同源性在82%-87%之间,并且有9个较长的保守结构域,分别是:I(SILGQCCEM)、II(VPMATTEGCLVASTNRG)、III(CSTGDAMGMNMVSKGVQNV)、Ⅳ(AVNWIEGRGK)、V(ATGQDPAQN)、Ⅵ(IEVGTVGGGTQLASQ)、Ⅶ(ACLNLLGVKG)、Ⅷ(VLAGELSLMSA)、Ⅸ(SHMKYNRS)。基因的系统进化树表明,该基因推导的氨基酸序列首先与甜瓜(~ucumismeJo)聚合。
2.Northen杂交结果显示,‘淮枝’荔枝幼根、一年生根、幼茎、一年生茎、新生叶、老叶、花后28d果实种子、花后70d果实种子、花后28d果实和花后70d果皮及假种皮中,均能检测到Lc-hmgl的表达,但存在差异。就不同器官而言,果实中表达最强,其次是叶片,再次是茎和根;而对于不同成熟度的相同器官或组织而言,幼嫩器官中有着相对高的表达量。
3.Northen杂交结果还显示,‘淮枝’、‘鹅蛋荔’、‘妃子笑’的荔枝果实在整个生长期间均能检测到整果、果皮和假种皮中的Lc-hmgl的表达。花后0d~35d整果中的表达量有逐渐增大的趋势;从花后42d至果实近成熟期内,果皮中的表达呈逐渐减弱的趋势,假种皮中表达则一般表现为前期表达量大,后期表达量低的特点。相同成熟期的大果型‘鹅蛋荔’和小果型‘淮枝’相比,前者果皮中Lc-hmgl的mRNA积累水平明显大于后者,这一结果提示Lc-hmgl基因在果皮中的表达量可能与果实大小有关。
4.不同植物生长调节物质对Lc-hmgl调控结果表明,在花后20d分别应用100mg.L-1NAA、lOmg.L-1TDZ和100mg.L-1ABA溶液处理果实,均能促进整果中Lc-hmg]的mRNA积累;但当在花后52d施用25mm01.L-1的Merin01in(HMGR的竞争性抑制剂)时,结果则是较明显地抑制了Lc-hmgl在果皮和假种皮中表达水平。