番茄ULT基因的鉴定和功能分析

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真核生物的发育进程依赖于基因表达的及时激活或抑制,DNA染色质结构的改变是基因表达的重要调控因子之一。Polycomb Group(PcG)与Trithorax Group(TrxG)蛋白是两个重要的表观遗传调控因子,它们之间的拮抗关系对靶基因的表达起着至关重要的作用。PcG因子沉积组蛋白甲基化抑制标记,抑制基因表达;而TrxG因子沉积激活标记,激活基因表达。ULT(ULTRAPETALA)蛋白是植物中的TrxG蛋白之一,在拟南芥、水稻中的研究表明,ULT蛋白参与花分生组织调控、低温胁迫和盐胁迫。但是,ULT基因在果实发育中的功能研究较少。本研究首先运用生物信息学的方法,从全基因组水平对19个作物(包括13种果实类作物)的ULT基因家族进行了鉴定,分析了它们的进化关系,蛋白理化性质、蛋白保守基序、基因结构、启动子元件等;利用公共转录组数据,分析了它们在不同组织的表达模式。其次,为研究ULT基因在果实发育中的功能,本研究以番茄为实验材料,运用CRISPR/CAS9技术对番茄SlULT1基因进行了突变,得到了ult1突变体。之后通过观察ult1的性状,如株高、茎粗、花、果实等,初步分析了SlULT1基因在番茄果实发育中的功能。具体研究结果如下:(1)每个物种中含有数量极少的ULT基因,且ULT蛋白结构域在进化过程中十分保守,均含有一个SAND结构域和一个B-box基序。ULT基因启动子区域含有大量光,激素和非生物胁迫响应元件。(2)分析公共转录组数据可知,ULT基因在各组织中均有表达,但不同科的ULT基因在各组织中有不同的表达模式。如在葫芦科中,ULT普遍在根中表达量更高;在十字花科拟南芥、荠蓝中ULT在种子中表达量高;在茄科植物如番茄中ULT基因在果实中表达量高。(3)运用CRISPR/CAS9技术对番茄SlULT1基因进行了突变,获得了ult1突变体。与野生型相比,ult1突变体开花数显著增多,开花时间和花器官数目未受影响,坐果率降低。(4)番茄果实表型分析结果表明,与野生型相比,ult1突变体果实变小,果皮变薄,单个果实种子数目减少。说明SlULT1在果实发育中起调控作用。综上所述,本研究运用生物信息学手段鉴定和分析了一些果实类作物的ULT基因和表达模式,推测ULT基因可能参与果实发育进程。进一步通过基因编辑手段获得了ult1番茄突变体,初步发现番茄SlULT1的突变影响果实的发育,为深入研究ULT在果实发育中的功能奠定了基础。
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