【摘 要】
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番茄是一种典型的呼吸跃变型肉质浆果,是研究果实发育的重要模式植物。心室胶质(locular gel)是番茄等肉质浆果的典型结构特征,其发育在果实形成中发挥重要作用。番茄心室胶质是果实中除果皮外的第二大丰富组织,占果实鲜质量的23%左右。细胞程序性死亡是植物主动清除衰老细胞和坏死细胞的基本的生理机制,这种生理过程对于植物维持其正常的生长发育和生理代谢有着重要的作用。对于植物而言,PCD过程普遍存在于
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番茄是一种典型的呼吸跃变型肉质浆果,是研究果实发育的重要模式植物。心室胶质(locular gel)是番茄等肉质浆果的典型结构特征,其发育在果实形成中发挥重要作用。番茄心室胶质是果实中除果皮外的第二大丰富组织,占果实鲜质量的23%左右。细胞程序性死亡是植物主动清除衰老细胞和坏死细胞的基本的生理机制,这种生理过程对于植物维持其正常的生长发育和生理代谢有着重要的作用。对于植物而言,PCD过程普遍存在于植物体发育过程,是植物发育的特定时空位置发生的细胞死亡事件,这也是植物细胞分化的最后一步。本文以Micro-Tom番茄为研究材料,探究了细胞程序性死亡基因SlLFG2在番茄中的作用,主要结果如下:(1)定量PCR结果表明:SlLFG2基因在番茄各组织中均有表达,在心室胶质组织中表达水平较高。GUS启动子染色表明:SlLFG2基因在番茄果实的各个时期心室胶质组织中均有表达。SlLFG2基因转基因株系具有以下表型。第一,超量表达SlLFG2基因后番茄心室胶质的发育加快。抑制表达SlLFG2基因可使心室胶质的发育延迟。第二,超量表达SlLFG2基因加快了植株根和茎的伸长。抑制表达SlLFG2基因后植株根茎的伸长受到了显著的抑制。(2)RNA-Seq方法分析了SlLFG2转基因株系转录组的变化。RNA-Seq在野生型和超表达株系中鉴定了5179个差异表达基因,在野生型和干扰株系中鉴定了3438个差异表达基因,其中有2002个基因在不同株系与野生型的比较中均差异表达。通过基因共表达网络的构建,筛选出了可能与SlLFG2蛋白互作的SlATG8f和SlERF5。其中SlATG8f基因与自噬活性相关,而SlERF5基因与乙烯响应有关。膜酵母双杂,双分子荧光互补(BIFC)和免疫共沉淀(Co-IP)实验验证了SlLFG2蛋白可以与SlATG8f和SlERF5蛋白互作。(3)SlLFG2,SlATG8f和SlERF5三个基因分别参与了细胞程序性死亡,细胞自噬和乙烯响应过程。对SlLFG2转基因株系的这三个生理过程进行了检测。实验验证了SlLFG2基因抑制了细胞程序性死亡,并影响了植物体内的自噬活性和乙烯响应。获得了SlATG8f的敲除株系和SlERF5的干扰株系,并明确了SlATG8f和SlERF5基因对细胞程序性死亡,细胞自噬和乙烯响应过程的影响。(4)赤霉素可以促进植物细胞的伸长和根茎的伸长。验证了SlLFG2与赤霉素氧化酶基因SlGA2的蛋白互作。SlLFG2的干扰株系出现了对赤霉素响应能力的缺失。黑暗处理实验发现了光信号影响了SlLFG2对赤霉素响应的功能。SlLFG2可以通过与SlGA2的结合,并抑制了它的表达,从而影响植株对赤霉素的响应。综上所述,SlLFG2与SlATG8f和SlERF5蛋白互作,影响PCD、细胞自噬、乙烯响应,从而调控在番茄心室胶质形成过程。SlLFG2与SlGA2互作,影响赤霉素代谢过程,从而调控植株生长过程。我们的结果证明了PCD、细胞自噬、激素响应及代谢过程互相作用,影响了番茄生长发育的多个过程。我们的研究为解析多个生理过程相互作用参与植物生长发育提供了新的见解。
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