【摘 要】
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在农业生产的发展历程中,园艺作物的栽培由原先的露地栽培转向了设施栽培,可以通过各类环境调控影响园艺作物的生长发育,进而调控园艺作物的产量及品质。其中,光环境调控是最重要的环境调控手段。不同比例的红光/远红光可以调控园艺作物的分枝,进而改变其株型,影响最终的产量及品质。番茄(Solanum lycopersicum)作为我国栽培面积最大的设施蔬菜之一,有重要的经济价值,也是园艺作物研究中重要的模式植
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在农业生产的发展历程中,园艺作物的栽培由原先的露地栽培转向了设施栽培,可以通过各类环境调控影响园艺作物的生长发育,进而调控园艺作物的产量及品质。其中,光环境调控是最重要的环境调控手段。不同比例的红光/远红光可以调控园艺作物的分枝,进而改变其株型,影响最终的产量及品质。番茄(Solanum lycopersicum)作为我国栽培面积最大的设施蔬菜之一,有重要的经济价值,也是园艺作物研究中重要的模式植物之一,因此研究光环境调控对于番茄分枝的影响,以获得更多产量及更好品质的番茄理想株型具有十分重要的意义。生长素、细胞分裂素(Cytokinins,CKs)、独脚金内酯(Strigolactones,SLs)和油菜素内酯(Brassinosteroids,BRs)都是调控分枝的重要激素,在低比例红光/远红光(Low R/FR)的光质环境中,其会对调控分枝的相关内源激素产生显著影响,但在番茄中因远红光处理带来的各类激素的具体变化及互作调控机制尚不明确。本研究将番茄作为实验材料,以远红光处理为主要手段,明确了番茄生长素、细胞分裂素、独脚金内酯和油菜素内酯相关基因表达和含量的变化规律;利用CRISPR/Cas9基因编辑技术及植物组织培养技术得到的独脚金内酯合成突变体ccd7和ccd8为实验材料,通过远红光处理、外源NAA处理、去顶处理、外源6-BA处理等手段,明确了远红光信号下生长素、独脚金内酯、细胞分裂素之间的互作关系;以油菜素内酯合成基因过表达DWF:OX为实验材料,以远红光处理为主要手段,并对野生型材料辅以外源蔗糖处理、去顶处理及外源6-BA处理明确了油菜素内酯在远红光信号调控番茄侧芽生长中的重要作用,主要研究结果如下:1.明确了远红光信号下番茄内源激素的变化规律。对番茄野生型材料Moneymaker进行远红光处理并与光敏色素B突变体phyb1b2进行比较,发现远红光信号极大抑制番茄的侧芽生长,且顶芽中生长素含量及合成基因FZY1表达显著提高,茎中独脚金内酯合成基因CCD7、CCD8、MAX1表达也明显上调,证明了远红光信号能显著提高番茄的顶端优势,促进了生长素和独脚金内酯的生物合成;同时,远红光信号显著下调了茎中细胞分裂素合成IPTs&LOGs及响应基因RRs的表达,含量也明显下降,表明了远红光信号抑制了番茄细胞分裂素的合成及响应;此外,远红光信号对于油菜素内酯的抑制也与细胞分裂素类似,茎中油菜素内酯合成基因CPD、DWARF4、DET2、CYP85A1均显著下调,其含量也明显下降,表明远红光信号抑制了番茄油菜素内酯的合成。2.明确了独脚金内酯合成基因的缺失并不能阻断远红光对顶端优势的增强作用。对独脚金内酯合成突变体ccd7和ccd8进行远红光处理,发现远红光处理后ccd7、ccd8突变体的侧芽生长均与野生型一样受到抑制,且顶芽中生长素含量及合成基因FZY1表达均上调,表明生长素信号的增强进而加强顶端优势是远红光抑制侧枝发育的重要原因;当用外源NAA处理ccd7和ccd8突变体时,发现与远红光处理相一致,其中细胞分裂素含量及合成基因IPT1、IPT2表达均明显下调,表明生长素可直接抑制细胞分裂素的合成,远红光信号可通过负调控细胞分裂素抑制番茄独脚金内酯缺失突变体的侧枝发生,独脚金内酯合成基因的缺失并不能阻断远红光对顶端优势的增强作用。3.明确了细胞分裂素是远红光下番茄侧枝活化生长的关键信号。对番茄进行远红光下去顶处理和外源蔗糖处理,发现两种处理都对侧芽生长具有促进作用,且茎中细胞分裂素均明显上调,表明细胞分裂素的下降可能是远红光信号抑制番茄侧枝生长的重要原因;对独脚金内酯合成突变体ccd7和ccd8进行远红光下外源6-BA处理,发现其原本受远红光抑制的侧芽恢复生长,且其侧芽生长的效应比野生型更加显著,进一步表明了细胞分裂素是远红光下番茄侧枝活化生长的关键信号。4.明确了油菜素内酯受抑制是远红光信号抑制番茄侧枝生长的重要原因。对番茄油菜素内酯过表达材料DWF:OX进行远红光处理,发现远红光并不能像抑制野生型一样抑制过表达材料的侧芽生长,表明油菜素内酯对于番茄侧枝生长具有重要作用,远红光信号极可能通过抑制油菜素内酯负调控番茄侧枝生长;对番茄进行远红光下去顶处理和外源蔗糖处理,发现其大部分内源油菜素内酯含量和合成基因表达相比远红光处理明显上调,进一步证明油菜素内酯受到抑制是远红光信号抑制番茄侧枝生长的重要原因;在远红光下对番茄独脚金内酯合成突变体进行外源6-BA处理,其油菜素内酯含量及合成基因表达与远红光处理相比明显上调,进一步证明细胞分裂素对于油菜素内酯的正向调节作用,表明远红光信号对细胞分裂素和油菜素内酯的抑制是造成侧枝生长减少的重要原因。
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