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番茄(Solanum lycopersicum)是典型的呼吸跃变型果实,成熟的过程中叶绿体结构解体,叶绿素快速降解;类胡萝卜素尤其是番茄红素大量合成并积累在有色体中,果实呈现红、橙或黄色。目前,高等植物叶绿素降解和类胡萝卜素合成途径已经研究得较为透彻,但在果实后熟色泽变化过程中,两条代谢途径的调控以及之间的相互关系研究甚少。本文利用叶绿素降解关键基因——滞绿基因1(STAY GREEN 1,SGR1)发生不同自然突变的三种滞绿番茄果实为材料,研究突变体果实的后熟特性、叶绿素降解以及类胡萝卜素的合成,分析三种突变体sgr1的突变模式的功能,以探讨sgr1突变对果实后熟、叶绿素降解以及类胡萝卜素的合成的影响。主要研究结果如下:1、利用外源乙烯对野生型AC番茄和三种自然后熟突变体果实进行催熟。乙烯处理9 d后,AC果实完全变红,eg果实仍保持绿色,含有大量叶绿素且不积累番茄红素;gf1含有大量叶绿素并积累大量番茄红素导致果实呈褐色;gf2含有部分叶绿素且积累大量番茄红素呈褐色。三种SGR1突变体均可以正常软化,为C型滞绿。2、野生型AC番茄的SGR1基因编码区包括818 bp碱基,编码含271个氨基酸的蛋白。eg的SGR1转录本在460位碱基后,由于可变剪切多了32 bp碱基内含子片段,其中含有终止密码子TAA,导致其编码的蛋白提前终止,只有156个氨基酸。gf1则因为271位碱基C替换为T,导致出现终止密码子TAA,使其编码的蛋白提前终止,为90个氨基酸。gf2的SGR1为429位出现碱基A替换为T,导致第143位精氨酸突变为丝氨酸,共271个氨基酸。由此推断SGR1的C端对其功能具有重要作用,且gf2中被替换的精氨酸对SGR1功能具有重要影响。3、与野生型AC相比,突变体果实后熟过程中,三种sgr1突变体的SGR1和PPH等叶绿素降解相关基因表达较低。eg突变体的类胡萝卜素合成相关基因PSY1和GGPS2等基因表达量明显低于野生型;gf1的PSY1、ZDS等基因表达量在6 d时明显高于野生型;gf2的PSY1、PDS、ZDS等在3 d已出现明显上调趋势,比野生型提前启动上调。4、突变体叶片衰老过程中叶绿素降解相关基因的表达情况为:CLH1、CLH3、CLH4表达量高于野生型,推测SGR1发生突变失去功能并且转录受到抑制,为了减少伤害,启动了原本不参与叶片衰老的CLH降解叶绿素。5、成功构建UBQ10-SGR1-GFP载体并转入本氏烟草的叶片中,利用荧光共聚焦技术发现,转入AC-SGR1-GFP与gf2-SGR1-GFP载体的叶片中能够观察到绿色荧光,而转化eg与gf1的SGR1过表达载体的烟草叶片因突变sgr1翻译提前终止而不能观察到绿色荧光。转化AC的SGR1过表达载体的烟草叶片在48 h时衰老变黄,转化突变体sgr1过表达载体的烟草叶片与转化野生型SGR1的叶片相比则明显滞绿。通过HPLC检测脱镁螯合酶活力发现,转化野生型SGR1过表达载体的烟草叶片检测到有叶绿素降解产物生成,而在转化三种突变体SGR1过表达载体的烟草叶片未检测到。推测SGR1的C端非常重要,翻译提前终止会严重影响其功能,gf2则发生重要氨基酸突变,导致活性中心或构型发生变化影响了SGR1功能。综上所述,三种自然滞绿突变体为C型滞绿,是研究番茄色素代谢途径及调控的好材料。eg与gf1的SGR1由于缺少C端部分导致功能丧失,而gf2则是因为精氨酸突变为丝氨酸导致功能缺失。叶片中SGR1突变后,为了减少毒害,叶片启动原本沉默的CLH基因降解叶绿素。