番茄是世界上重要的经济作物之一,具有丰富的营养价值,也具有一定的保健和抗癌功效,同时它还是研究肉质果实成熟和软化的重要模式植物。本论文以Micro-Tom番茄为研究背景,重点研究了果胶裂解酶和S-腺苷高半胱氨酸水解酶编码基因在果实成熟中的作用,虽然这两个基因间无直接必然联系,但作为不同于转录因子的功能基因,它们均在番茄果实成熟时表达增加且都对乙烯激素响应强烈。研究结果为明确这两个基因的功能及利用基因工程手段进行番茄品种改良具有重要的参考价值。果胶裂解酶(PL,E.C.4.2.2.2)是果胶相关酶的一种,通过β-消除机制将去酯化的果胶降解成一个短链的果胶分子和一个4,5-不饱和寡聚半乳糖醛酸,从而使果胶结构裂解、果实软化。在非跃变型果实草莓中,PL可以作为控制果实软化的候选基因发挥功能,因此,我们在跃变型果实番茄中也开展了对应基因的研究。首先从番茄中分离鉴定了22个PL基因,并通过转基因技术进一步在Micro-Tom番茄中从生理指标、细胞水平、分子水平以及采后耐贮性等方面深入研究了果实成熟相关的基因(SlPL,Solyc03g111690)的功能。SlPL的表达在番茄果实破色后逐渐增强,并且可以被成熟相关激素尤其是乙烯显著诱导,抑制SlPL后番茄果实硬度提高,外果皮细胞变小变多,中果皮细胞变致密,外果皮到内果皮细胞排列变得更紧密。SlPL干扰的转基因果实(SlPL-RNAi)具有采后抗腐烂、抗灰霉病的作用,进一步研究发现抑制SlPL可以导致果实中纤维素﹑半纤维素含量升高,水溶性果胶﹑总果胶含量下降,并且超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)活力增强,丙二醛(MDA)含量降低。农艺指标测定结果表明抑制SlPL并未对果实产率等大部分性状带来不利影响。此外,定量PCR结果显示SlPL-RNAi果实中大量细胞壁降解和信号通路相关基因表达下调,并且表达谱中的差异表达基因也在分子层面上支持了表型变化。SlPL-RNAi果实中筛选到的差异表达基因涉及激素信号转导、转录因子、细胞壁代谢和植物病原菌互作等多个方面。综上所述,本研究通过转基因方法发现抑制SlPL可以提高番茄果实硬度,延长货架期和抵抗灰霉侵染,这对于在其它物种中利用该基因增强抗病性具有重要参考价值。S-腺苷高半胱氨酸水解酶(SAHH,EC 3.3.1.1)广泛存在于真核细胞中,可逆地催化S-腺苷高半胱氨酸(SAH)水解生成高半胱氨酸(Hcy)和腺苷(Ado),是调节体内甲基循环代谢的一种重要的水解酶。该基因在降低病毒复制、调节植物生长发育和逆境适应中具有重要功能,但在果实成熟中的功能未知。番茄SAHH家族包含三个基因,虽然它们在激素处理幼苗和非生物胁迫处理植株中的表达显示了部分功能冗余,但它们在野生型(WT)各组织中的表达模式不尽相同,SlSAHH2在果实成熟时表达显著增强并且可以被乙烯显著诱导。过表达SlSAHH2导致番茄果实发育及成熟阶段SAHH酶活力提高,并且从开花到果实破色的时间缩短。因而在相同的发育时期,SlSAHH2过表达(SlSAHH2-OE)果实的番茄红素含量显著高于WT。定量PCR结果显示,相比WT,过表达SlSAHH2乙烯合成及诱导基因的表达随着果实的发育和成熟由下调转为上调,并在破色时显著增强,且增加了乙烯释放。成熟相关转录因子的表达受到调节,我们推测SlSAHH2对乙烯的影响可能位于SlSAHH2对成熟相关因子影响的下游。此外,SlSAHH2-OE果实和幼苗中都显示出乙烯敏感性,1-氨基环丙烷羧酸(ACC)处理后SlSAHH2-OE果实成熟速率比WT更快、幼苗的下胚轴和根比WT更短。SAHH作为影响甲基化循环的重要水解酶,SlSAHH2-OE破色果实中DNA甲基化酶编码基因的表达相比WT均上调,这表明SlSAHH2可以通过调节甲基化影响果实成熟。综上所述,本研究进一步明确了SlSAHH2的功能,证实了该基因可在果实成熟中发挥作用。