SmMYB113调控茄子花脱落的分子机制研究

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茄子(Solanum melongena L.)是一种起源于亚洲东南部热带地区的茄科茄属植物。在茄子栽培过程中,常因光照不足、温度偏低、土壤过干、营养缺乏等不良环境,造成落花落果。器官脱落是植物生长过程中的一个重要进程,不良环境会通过激发植物中的激素信号启动和加速器官脱落。乙烯(C2H4)被认为是植物器官脱落的加速剂。乙烯含量与脱落有着密切关系,外源的乙烯利可加速脱落,而乙烯的抑制剂1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)则可抑制脱落。近年来,多种转录因子已证实在调控乙烯合成中起重要调节作用。而MYB类转录因子就是其中一类。本课题组前期获得了过表达SmMYB113茄子转基因植株,发现SmMYB113是诱导茄子花青素生物合成的关键因子,是培育高花青素含量茄子新种质的有利靶点,但其花脱落率较野生型亦显著增加。因此,本文将围绕其导致花提前脱落的原因及分子机制进行研究,以期为培育优质高产的茄子新种质提供理论依据。主要研究结果如下:1.通过统计30 d内野生型和转基因茄子的花脱落率,发现过表达SmMYB113显著增加了茄子花的脱落率,SmMYB113-OE3和SmMYB113-OE4分别比野生型增加50.0%和80.0%。石蜡切片观察表明过表达SmMYB113茄子转基因植株的花药和离区发育正常;且体式显微镜观察发现,花脱落的时期在花药开裂之前,因此可排除因授粉受精不良导致的花脱落这一原因。q RT-PCR发现与脱落相关基因的表达量在转基因株系中变化显著,Sm Phyt2基因表达量下调26.1%,而Sm TAPG4上调2.41倍,Sm IAA下调35.1%,Sm TORP上调0.74倍,SmERF4上调0.63倍,Sm ERT10和Sm PK7分别下调14.1%和56.1%。2.利用RNA-seq测序技术,对过表达SmMYB113茄子转基因植株和野生型的花柄、花瓣、花药和柱头进行了转录组测序,设置差异基因的筛选条件为|log2ratio|≥0.5和P<0.001,在花柄、花瓣、花药和柱头中分别发现有显著差异的基因数为2350、8511、4962和766。通过Veen、WGCNA和KEGG富集分析,发现与乙烯合成相关的结构基因(Sm ACS1/Sm ACS8/Sm ACO4)被显著上调。3.通过对过表达SmMYB113和野生型茄子植株的花,在不同发育天数乙烯释放量的监测,发现在花脱落时,SmMYB113过表达株系OE3和OE4花中乙烯释放量分别是野生型的30倍和10倍。利用乙烯利和1-MCP分别处理花并统计花脱落率,乙烯利处理促进花脱落,1-MCP处理延迟花脱落。通过对Sm ACS1、Sm ACS8和Sm ACO4启动子预测,表明Sm ACS1和Sm ACO4启动子上均包含1个MYB结合位点,而Sm ACS8启动子上包含2个。通过酵母单杂和Dual-luciferase实验发现,SmMYB113可结合到Sm ACS1/Sm ACO4/Sm ACS8的启动子上并激活其表达。4.以过表达SmMYB113株系的花为材料,建立了单双杂交酵母文库。通过筛库,发现了一个与SmMYB113互作的蛋白SmERF38。进一步利用酵母双杂、Bi FC、萤火虫荧光素酶实验表明,SmMYB113与SmERF38存在互作。对SmERF38生物信息学分析表明,SmERF38属于AP2/ERF家族,且与At ERF38蛋白同源;亚细胞定位分析表明SmERF38蛋白定位在细胞核。Dual-luciferase实验显示SmERF38既可独立转录激活Sm ACS1的表达,也可通过与SmMYB113互作增强对Sm ACS1启动子的转录激活作用。
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