Spd影響高溫下番茄果實(shí)類胡蘿卜素代謝分子機(jī)制研究及S1MAPK3的功能分析.pdf

1、番茄是世界上栽培最為普遍的蔬菜作物之一。果色是衡量番茄果實(shí)品質(zhì)性狀的重要指標(biāo)。番茄的果色主要由類胡蘿卜素化合物組成，其中含量最高的是番茄紅素，溫度高低直接影響番茄果實(shí)顏色的深淺，夏秋季的高溫常常導(dǎo)致番茄著色不良，延遲成熟，嚴(yán)重影響番茄的品質(zhì)。番茄果實(shí)類胡蘿卜素代謝是受多基因調(diào)控的發(fā)育過程。盡管編碼類胡蘿卜素合成的大多數(shù)基因都已經(jīng)被分離，但目前對類胡蘿卜素代謝基因的調(diào)控機(jī)制知之甚少。
　　 多胺作為新一類植物生理活性物質(zhì)，在多種逆

2、境下也扮演著重要的角色。在植物受到環(huán)境脅迫時(shí)，作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持植物組織中陽離子和陰離子的平衡，并且它可與自由基清除劑結(jié)合通過阻止脂質(zhì)氧化來抵抗氧化脅迫。本實(shí)驗(yàn)室先前通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將多胺代謝途徑中SAMDC基因轉(zhuǎn)入番茄，發(fā)現(xiàn)多胺能夠提高番茄耐熱性，并且果實(shí)番茄紅色含量顯著增加。番茄紅素的增加說明多胺和番茄紅素之間有一定聯(lián)系，但具體關(guān)系還不太清楚，有待進(jìn)一步研究。此外，高溫影響番茄果實(shí)類胡蘿卜素含量、多胺提高植物耐熱性，以及多胺提高類

3、胡蘿卜素含量，暗示了這三者之間必然存在一定的聯(lián)系。本項(xiàng)目擬對外源亞精胺在不同溫度下影響番茄果實(shí)成熟過程、類胡蘿卜素代謝生理基礎(chǔ)以及基因表達(dá)特性進(jìn)行研究;分離鑒定多胺參與調(diào)控的關(guān)鍵基因;研究外源多胺對抗逆性調(diào)控的生理與分子機(jī)制取得的主要結(jié)果如下:
　　 (1)高溫負(fù)調(diào)控番茄果實(shí)成熟和類胡蘿卜素合成。通過外源亞精胺對三個(gè)不同溫度模式下（常溫26℃/20℃，亞高溫33℃/27℃和高溫38℃/32℃）綠熟期番茄果實(shí)進(jìn)行處理，研究了在不同

4、溫度條件外源亞精胺對番茄果實(shí)成熟、果實(shí)品質(zhì)以及類胡蘿卜素代謝的影響。結(jié)果表明隨著果實(shí)的成熟，TCl、還原糖、類胡蘿卜素、可溶性固形物以及維生素含量增加，果實(shí)硬度和總酸含量降低。溫度和亞精胺處理都影響了果實(shí)成熟過程和果實(shí)成熟后的物質(zhì)含量。雖然亞精胺和不同溫度處理對還原糖和總酸度的影響不大，但是對類胡蘿卜素含量和總抗氧化活性影響很大。在常溫下，外源亞精胺導(dǎo)致果實(shí)TCl值升高，還原糖、類胡蘿卜素、抗氧化活性、乙烯產(chǎn)物和呼吸速率增加;可溶性固形

5、物、總酸含量和維生素C含量降低。亞高溫(33℃)處理下，還原糖、可溶性固形物、維生素C和類胡蘿卜素含量降低;乙烯釋放量和呼吸速率、總抗氧化活性增加，高溫和亞高溫條件下外源亞精胺處理的番茄果實(shí)內(nèi)抗氧化物活性提高，外源亞精胺可以緩解亞高溫對番茄果實(shí)的傷害。亞精胺處理推遲了番茄果實(shí)的成熟過程。高溫(38℃)處理嚴(yán)重地抑制了番茄成熟，從而顯著地影響了番茄果實(shí)品質(zhì)，但外源亞精胺并不能緩解高溫對番茄果實(shí)的傷害。高溫和外源亞精胺處理均能夠提高內(nèi)源腐胺

6、和精胺的含量。此外，還討論了亞精胺和高溫對類胡蘿卜素代謝途徑的影響。
　　 (2)為研究亞精胺調(diào)控亞高溫下果實(shí)品質(zhì)和類胡蘿卜素代謝的作用機(jī)制，利用番茄基因芯片對常溫處理、Spd處理、33℃亞高溫處理以及33℃亞高溫Spd共處理，四組處理下的綠熟期番茄果實(shí)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了比較分析。芯片雜交中使用10101個(gè)探針，與常溫處理比較，亞高溫處理的果實(shí)中127條基因表達(dá)量發(fā)生顯著變化。這些變化的基因涉及到信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、逆境防御、氧化還原和激素代謝

7、途徑。在常溫下，亞精胺處理的果實(shí)中只有34條基因表達(dá)量顯著增加，涉及到初級代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、激素代謝、轉(zhuǎn)錄因子和逆境防御;55條基因表達(dá)量顯著降低，涉及到能量代謝、細(xì)胞壁代謝和光合作用。功能分類和進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析表明，在分子水平上Spd顯著緩解了亞高溫逆境對植物造成的傷害。
　　 (3)為進(jìn)一步研究Spd是否通過MAPK級聯(lián)途徑發(fā)揮調(diào)控作用，以及SlMAPK3在番茄植株抵抗亞高溫逆境中的功能，我們同時(shí)構(gòu)建了含組成型啟動子CaMV3

8、5S和含番茄果實(shí)特異型啟動子E8的過表達(dá)載體和干涉載體，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法導(dǎo)入番茄植株中，對獲得的超量表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系進(jìn)行高溫、低溫(4℃)、機(jī)械損傷、觸摸、鹽脅迫等不同逆境處理，分析SlMAPK1、SlMAPK2和SlMAPK3表達(dá)情況。發(fā)現(xiàn)SlMAPK1、SlMAPK2和SlMAPK3在不同的逆境處理下均呈現(xiàn)出表達(dá)量先升高，到達(dá)頂峰后，隨之降低的趨勢。與對照相比，SlMAPK1、SlMAPK2和SlMAPK3表達(dá)量顯著增加，番茄SlMA