【摘 要】
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番茄（Solanum lycopersicum）为喜温植物,其生长和发育各个阶段均可受到低温胁迫的影响。作为现代分子生物学和遗传学研究的模式植物,研究番茄在低温应答中的调控机制,以及挖掘抗寒相关的QTLs和基因,开发分子标记选育抗寒新品种,对番茄遗传改良和提高抗性有着重要的意义。本课题从抗寒相关芯片结果中发掘与抗寒相关的基因ShCIGT,对番茄中的GT转录因子家族进行了全基因组学的生物信息学分析,
【基金项目】
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国家自然科学基金； 国家973计划； 国家863计划；
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番茄（Solanum lycopersicum）为喜温植物,其生长和发育各个阶段均可受到低温胁迫的影响。作为现代分子生物学和遗传学研究的模式植物,研究番茄在低温应答中的调控机制,以及挖掘抗寒相关的QTLs和基因,开发分子标记选育抗寒新品种,对番茄遗传改良和提高抗性有着重要的意义。本课题从抗寒相关芯片结果中发掘与抗寒相关的基因ShCIGT,对番茄中的GT转录因子家族进行了全基因组学的生物信息学分析,且通过遗传转化研究ShCIGT基因的功能;同时对重测序的288份番茄核心种质及番茄抗寒材料和冷敏感材料杂交一代自交多代得到的F7重组自交系进行苗期低温处理,通过GWAS和BSA等遗传研究方法挖掘番茄抗寒相关的QTL位点,为番茄抗寒遗传育种和低温应答途径机理的研究奠定了一定的基础。主要研究结果如下:1.多毛番茄ShCIGT基因的克隆和功能分析:从挖掘低温处理下抗寒材料LA1777和LA3969和冷敏感材料LA4024中表达量存在差异基因的的抗寒芯片中,挖掘到一个属于trihelix转录因子的GT-1亚家族的新基因CIGT,该基因正向响应低温,冷胁迫下,其表达量在抗寒番茄材料中比在冷敏感材料中更高。在番茄中GT家族的相关报道少,尤其在逆境应答调控途径中。所以对番茄中预测的36个Trihelix基因进行系统的生物信息学分析。SlGT成员可分为6个亚家族,分别为GT-1、GT-2、SH4、SIP1、GT-γ和GT-δ。通过SlGT基因转录本的表达分析显示出SlGT基因在番茄各个组织中的不同表达模式。通过定量实时PCR（qRT-PCR）分析,所有SlGT基因都响应于各种非生物胁迫和激素处理。其中几个SlGT基因,包括SlGT-24、SlGT-27和SlGT-34,分别受到多种非生物胁迫或激素处理的高度诱导。研究结果为GT转录因子家族在番茄中的功能鉴定提供了一定的基础。从野生番茄Solanum habrochaites LA1777中分离得到ShCIGT基因,在LA1777各种组织中成组成性表达,且受低温、干旱、盐和ABA诱导表达。转基因功能分析结果表明,超量表达ShCIGT能够增强植物的抗寒性和抗旱性,同时在种子萌发后的生长过程中减弱了对ABA的敏感性,而且还验证了ShCIGT蛋白与Sn RK1蛋白直接互作。我们猜测ShCIGT与Sn RK1相互作用提高了番茄的非生物逆境胁迫耐性。该研究有助于解析低温胁迫应答过程中的转录调控机制。2.重组自交系群体的构建及群体表型的抗寒性鉴定:本研究建立了一套稳定的番茄抗寒性表型鉴定体系。鉴于植物抗寒性为数量性状遗传,以株系的表型鉴定更为可靠。首先,构建了一个由抗寒系LA3969与冷敏感系LA4024杂交、连续自交得到的稳定遗传的F7重组自交系群体（RIL）（500多个株系）。对重测序的288份番茄核心种质和RIL及其F1的苗期植株进行4℃低温处理,根据叶片萎焉的等级计算出寒害指数。由F1的寒害指数可以看出它的抗寒性处于LA3969和LA4024之间,属于数量性状,应该有多个位点控制着抗寒性。288份自然群体和RIL群体具有抗寒表型的多样性,分别筛选出了极端抗寒和极端冷敏感的材料。3.GWAS和BSA分析:对自然群体进行GWAS关联分析得到21个极显著的SNPs,分别位于第1、3、4、5、7、8、9、10及12条染色体上。对筛选出番茄RIL中极端抗寒和冷敏感材料,构建两个DNA极端混合池测序,通过BSA分析关联到第1号染色体上的一个主效区段,并在该区间开发CAPS分子标记验证测序材料,结果表明标记与表型紧密连锁,可能存在两个主效QTLs调控番茄抗寒性状。与GWAS中关联的第一号染色体上的两个主效SNP重合。为了将多个QTLs分离转化成单位点调控和精细定位,我们构建了该群体的亚群体,同时将抗寒连锁标记用于抗寒的分子育种。通过鉴定的抗寒基因开发分子标记,为番茄耐寒性的遗传研究及创建耐低温番茄新种质奠定基础。
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