番茄MADS-box基因TAGL104的克隆及功能研究.pdf

1、MADS-box基因家族是植物中一類(lèi)重要的轉(zhuǎn)錄因子，它們參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)方面，具有廣泛而復(fù)雜的功能。其中最主要的功能就是調(diào)控植物花器官的發(fā)育與形態(tài)建成。根據(jù)花發(fā)育同源異形基因在雙子葉植物的四輪花器官中的功能不同，研究者們將其分為A、B、C、D、E五大類(lèi)，由此提出了花發(fā)育的ABCDE模型。這五類(lèi)基因單獨(dú)或共同影響著四輪花器官的形態(tài)發(fā)育，使得植物體的花能夠正常生長(zhǎng)。其中，A類(lèi)基因控制花萼的發(fā)育，A、B類(lèi)基因控制花瓣的發(fā)育，B、C類(lèi)基因

2、控制雄蕊的發(fā)育，C類(lèi)基因控制心皮的發(fā)育，D類(lèi)基因控制胚珠的發(fā)育，E類(lèi)基因在四輪花器官中均有表達(dá)，調(diào)控著營(yíng)養(yǎng)器官向花器官的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，對(duì)五類(lèi)基因間的相互作用的研究表明，這些基因一般都是通過(guò)互相結(jié)合形成四聚體而發(fā)揮作用的，由此又提出了四因子模型，進(jìn)一步闡明了花發(fā)育的分子作用機(jī)制。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)花發(fā)育基因除了會(huì)影響花器官發(fā)育外，還會(huì)在植物根、莖、葉的生長(zhǎng)以及果實(shí)成熟、植物抗逆性等方面發(fā)揮作用?；òl(fā)育基因功能的廣泛與復(fù)雜使其受到了越來(lái)

3、越多研究者的關(guān)注。但是目前研究最多的仍然是擬南芥、金魚(yú)草等模式植物，而這些植物都不是典型的果蔬類(lèi)植物，使得這些研究結(jié)果不能用于實(shí)踐，無(wú)法對(duì)實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)生指導(dǎo)意義。
　　本研究以果蔬類(lèi)植物的模式植物----番茄（Solanum lycopersicum）作為研究載體，將篩選出的番茄花發(fā)育B類(lèi)基因TAGL104通過(guò)RNAi技術(shù)進(jìn)行沉默，從而獲得轉(zhuǎn)基因植株，以此來(lái)研究TAGL104在番茄中的功能，并進(jìn)一步闡釋花發(fā)育基因在果蔬類(lèi)植物中的重要

4、作用。本課題主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　?、偻ㄟ^(guò)篩選MADS-box家族花發(fā)育相關(guān)基因確定TAGL104基因?yàn)檠芯繉?duì)象，從NCBI上獲得該基因氨基酸序列，通過(guò)蛋白質(zhì)分析確定該基因編碼一個(gè)長(zhǎng)度為333aa、分子量為38.043kDa、等電點(diǎn)為5.68的蛋白質(zhì)。同時(shí)在NCBI上BLAST該基因序列確定其含有一個(gè)MEF2-like結(jié)構(gòu)域，屬于MIKC型MADS-box基因。蛋白序列比對(duì)以及同源性分析發(fā)現(xiàn)，TAGL104與擬南芥中已發(fā)現(xiàn)的

5、三個(gè)在花粉生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮作用的MIKC*型S類(lèi)蛋白同源性較高，由此推測(cè)該基因編碼的蛋白可能同屬于MADS-box家族MIKC*型中的S類(lèi)蛋白，并可能同樣在花粉的生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮作用。
　?、赥AGL104基因在野生型番茄中的表達(dá)模式分析表明，該基因主要在花的雄蕊中表達(dá)，其次是在果實(shí)的B+4和B+7時(shí)期表達(dá)量較高，表明該基因可能參與調(diào)控雄蕊的形態(tài)建成，同時(shí)還會(huì)影響果實(shí)的成熟。啟動(dòng)子分析則表明，該基因可能還參與MeJA的響應(yīng)，并在植株抗

6、逆過(guò)程中發(fā)揮作用。
　?、鄹鶕?jù)RNA干擾技術(shù)的原理，我們構(gòu)建了TAGL104沉默載體，得到4個(gè)轉(zhuǎn)基因株系。轉(zhuǎn)基因株系由于TAGL104的沉默使得番茄植株出現(xiàn)花序發(fā)育異常、果實(shí)成熟時(shí)間提前的表型，但是卻沒(méi)有觀察到明顯的雄蕊發(fā)育異常的現(xiàn)象。
　?、苻D(zhuǎn)基因T1代幼苗MeJA和NaCl敏感性實(shí)驗(yàn)顯示，相比于野生型幼苗來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)基因T1代幼苗的生長(zhǎng)沒(méi)有受到明顯抑制，根和胚軸的長(zhǎng)度變化也沒(méi)有野生型幼苗那么明顯，表明TAGL104基因的沉默

7、降低了番茄幼苗對(duì)MeJA和NaCl的敏感性。
　　綜上所述，TAGL104基因作為番茄花發(fā)育B類(lèi)基因，可能屬于MADS-box家族MIKC*型中的S類(lèi)，主要在番茄雄蕊中表達(dá)，并且參與多個(gè)激素的響應(yīng)與干旱和熱脅迫應(yīng)答。在番茄中沉默TAGL104基因使得花序發(fā)育異常、果實(shí)成熟時(shí)間提前，表明該基因可能參與調(diào)控了花序的發(fā)育與果實(shí)的成熟；同時(shí)沉默TAGL104還使得轉(zhuǎn)基因幼苗對(duì)MeJA和NaCl的敏感性下降，表明該基因還參與了MeJA的響應(yīng)