论文部分内容阅读
番茄是一种广泛栽培的世界性经济作物,在蔬菜产业中占有举足轻重的地位,同时也是用于植物科学研究的重要模式作物之一。通过挖掘野生型番茄资源的优良抗逆基因并且进行功能研究对改良番茄或者其他茄科作物新品种具有重要的理论意义和生产实践价值。转录因子在调控植物生长发育和应答逆境胁迫等很多方面发挥着重要的作用,然而Trihelix转录因子在模式作物番茄中的功能研究至今鲜有报道。本课题从野生型番茄中克隆出一个Trihelix转录因子,基于其在拟南芥的同源基因命名为SlPTL,利用RNAi技术构建了该基因的沉默载体,经过农杆菌LBA4404介导进行番茄遗传转化,最终成功获得SlPTL沉默转基因植株,并对其调控番茄生长发育和非生物胁迫的功能进行了初步的鉴定和解析。本研究获得的主要结果如下:（1）通过与拟南芥和水稻Trihelix转录因子家族成员一起进行系统发育树分析,结果表明Trihelix家族共可以分为:GT-1,GT-2,GTγ,Sh4和SIP1五个亚家族,而SlPTL属于典型的GT-2亚家族成员,具有两个保守的三螺旋结构域（N端的三螺旋结构域和C端的三螺旋结构域）和一个中心α螺旋结构域。（2）运用qRT-PCR技术进行了SlPTL基因的表达模式分析,首先采用GA3、IAA、ABA、MeJA以及ACC激素以及干旱和盐胁迫处理野生型番茄幼苗,定量结果显示了这些处理均可以不同程度诱导SlPTL基因的表达,表明SlPTL可能参与激素响应以及非生物胁迫应答。SlPTL基因在番茄各组织和器官中的表达模式分析结果表明,该基因在根中表达量最高,茎次之,在幼叶到衰老叶以及花到果实的发育过程中表达量相对较低,且呈下降趋势,此外进一步分析了SlPTL基因在四轮花器官（萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊）的表达水平,表明其在花器官中均有表达,其中以雄蕊的相对表达量最高,这些结果暗示了SlPTL基因可能在植株的生长发育以及胁迫响应过程中发挥着一定作用。（3）构建了SlPTL基因沉默载体,通过遗传转化得到沉默效率较高的转基因株系。与野生番茄相对比,SlPTL基因的表达被抑制后,会出现多样性的表型,包括矮化,节间距变短,叶子变小增多,叶柄变短。茎的组织切片分析表明,SlPTL沉默转基因株系的木质部细胞层较野生型厚,髓细胞相对较短,且紧密。（4）针对SlPTL基因沉默转基因株系矮化的表型,我们检测了一些与赤霉素合成、代谢以及信号转导相关基因的表达水平,结果表明SlPTL沉默后影响到这些基因的表达,从而产生了赤霉素缺失的表型。SlPTL沉默转基因植株的矮化表型在喷施外源GA3后可以得到恢复,说明转基因植株的矮化是一种GA3敏感型矮化。（5）转基因植株的萼片长度相对野生型番茄较短,果实的平均种子数目减少,为此,SlPTL基因在不同发育时期花中的表达水平进一步被分析,结果表明随着花苞的发育该基因的表达其呈下降趋势,花粉萌发实验证明转基因植株相对野生型番茄具有较低的花粉萌发率,此外花粉发育相关基因的表达也被抑制。这些结果表明了SlPTL基因的沉默干扰了番茄的花粉发育进而影响种子发育。（6）基于SlPTL在根中大量表达以及对胁迫处理的响应表达模式,对40天苗龄的转基因株系和野生型植株进行胁迫实验,结果发现沉默转基因植株的抗旱性和耐盐性明显强于对照。SlPTL沉默转基因植株生长状况较好,具有较高的相对含水量和较低的叶片失水率,多个胁迫相关基因的表达也出现上调,这些结果也支撑了其抗逆特性。综上所述,本论文对番茄Trihelix转录因子SlPTL基因调控番茄植株生长发育及非生物逆境响应的功能和机制进行了初步探索和研究,为进一步拓展植物Trihelix家族功能研究这个新领域奠定一定的理论基础,同时也为利用基因工程技术改良作物农业性状提供了基因资源。