茶树叶片中生长素合成和信号转导的分子机制研究

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茶树(Camelliasinensis(L.)O.Kuntze)是我国重要的农业经济作物,以鲜叶作为非酒精饮料茶加工的主要原材料。茶芽的萌发及鲜叶的生长极易受外界环境和内源激素的影响。茶树受到逆境胁迫时,会通过调控内源激素对逆境作出响应。植物生长素是调控植物生长发育最重要的内源激素之一,其主要功能是调节植物的生长。生长素的合成、极性运输和信号转导在植物叶片发育和叶形态建成中发挥着不可或缺的作用。本文以茶树‘龙井43’作为试验材料,检测了茶树叶片发育相关基因CsBAP1在茶树不同组织、不同激素处理及不同逆境胁迫下的表达水平;检测分析了茶树叶片不同发育阶段(第一叶、第二叶、第三叶)、不同处理温度(高温38℃、低温4℃)下叶的切片结构、生长素含量及生长素代谢相关基因的表达模式。初步探究了茶树叶片中生长素合成和信号转导的分子机制。主要研究结果如下:1、该研究基于茶树转录组数据,从茶树‘龙井43’cDNA中克隆获得茶树CsBAP1基因,对其基因及蛋白质序列特征以及CsBAP1在茶树不同组织、不同激素处理及不同逆境胁迫下的表达水平进行荧光定量检测。结果显示:(1)克隆得到的茶树CsBAP1基因开放阅读框长度为543 bp,编码180个氨基酸;CsBAP1蛋白为亲水性蛋白,理论相对分子质量为19398Da,理论等电点为9.30,含有保守的Ca2+依赖性的C2结构域;茶树CsBAP1蛋白二级结构由8.89%的α-螺旋、7.78%的β-转角、35.56%的β-折叠和47.78%的随机卷曲组成;三级结构分析结果显示,CsBAP1包括螺旋和折叠结构,与二级结构吻合。(2)荧光定量分析结果显示,CsBAP1基因在茶树的花、花蕾、幼叶、老叶和成熟叶中均有表达,在老叶中的表达量最高;外源施用ABA、IAA、MeJA、GA3以及SA均能够抑制茶树CsBAP1基因的表达;在高温(38℃)、低温(4℃)、干旱(200 g·L-1 PEG6000)、高盐(200 mmol·L-1NaCl)胁迫下,CsBAP1的表达量均有所上调,且不同时间段的表达存在显著差异。2、为了研究茶叶片中生长素代谢的分子机制,从茶树中收集了三个不同发育阶段的叶片作为样品,检测了茶树叶片发育过程中的细胞形态和生长素含量变化。结果显示,叶片细胞形态无明显变化,生长素含量在三个发育阶段随着茶树叶片的成熟逐渐下降。基于茶树转录组数据库共鉴定获得16个与IAA生物合成和信号转导相关的基因,通过实时定量PCR检测和分析了表达谱。CsTSA、CsIAA27、CsTIR1和CsCH3-6的表达模式与叶片的生长素浓度呈正相关。相反,CsYUC1、CsCYP83B1和CsLAX1的转录与叶发育过程中生长素含量呈负相关。进一步分析了生长素代谢相关蛋白的互作情况。结果表明生长素代谢可以通过相关基因差异表达和蛋白互作的形式调节茶树叶片的生长发育。3、本研究测量了高、低温处理下茶树叶片的生长素含量并观察其细胞结构。结果显示,生长素含量在高、低温处理4h时达最大值,随后逐渐下降;低温条件下,处理48h时生长素含量有所回升。利用实时荧光定量PCR技术,分析了茶树‘龙井43’中16个生长素代谢相关基因在高、低温胁迫下的表达模式。结果表明,高温胁迫下,CsTSB、CsYUC1、CsCYP83B1和CsARF3的表达水平相似,先升高后逐渐下降趋于稳定。CsNIT2是生长素合成相关基因,其表达量随时处理时间的延长逐渐升高。低温胁迫下,有13个基因的表现出较一致的表达趋势,呈先上升后下降的趋势。CsGH3~6在高、低温处理下均在48 h显著表达。
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