茉莉酸和油菜素甾醇調(diào)控番茄果實類胡蘿卜素積累的機理研究.pdf

1、番茄(Solanum lycopersicum)是人類膳食結構中類胡蘿卜素含量最高的蔬果之一。番茄果實成熟過程中最大的變化之一就是類胡蘿卜素的積累，這種變化使番茄具有很高的營養(yǎng)價值，并使其成為研究果實發(fā)育和類胡蘿卜素代謝的模式體系。目前番茄果實類胡蘿卜素合成的途徑和結構基因已經(jīng)得到鑒定，由于其成熟過程中類胡蘿卜素的代謝與調(diào)控是一個非常復雜的過程，其代謝調(diào)控網(wǎng)絡尚待闡明。本論文研究利用番茄的各種激素突變體和轉基因材料，綜合運用生理生化、遺

2、傳學、分子生物學、顯微化學和蛋白組學等技術，探究植物激素茉莉酸(jasmonicacid，JA)和油菜素甾醇(brassinosteroid，BR)調(diào)控番茄果實成熟過程中類胡蘿卜素代謝的機理。研究結果將加深人們對植物激素調(diào)控的類胡蘿卜素代謝調(diào)控網(wǎng)絡的認識，有助于更好地理解乙烯(ethylene)之外的其他植物激素在類胡蘿卜素合成和品質(zhì)形成中的功能，為今后應用化學調(diào)控和基因工程手段改良番茄的營養(yǎng)和品質(zhì)提供理論依據(jù)。主要研究結果如下:

3、>　　1、利用番茄JA生物合成缺失突變體spr2和def1以及JA合成過量轉基因材料35S∷prosys，分析了其果實成熟過程中番茄紅素含量的變化以及番茄紅素合成關鍵基因(DXS、GGPS、PSY1、PDS)的表達。結果表明，JA缺失突變體spr2和de f1中番茄紅素的含量與野生型相比顯著降低，而JA合成過量轉基因材料35S∷prosys的番茄紅素含量顯著升高。同時，番茄紅素合成基因的表達呈現(xiàn)相同的變化趨勢。使用不同濃度的外源茉莉酸甲

4、酯(MeJA)處理，發(fā)現(xiàn)在一定濃度范圍內(nèi)，處理果實番茄紅素的含量隨著外源濃度的升高而增加;當濃度大于0.5μM時，MeJA的處理抑制了處理果實類胡蘿卜素的積累。濃度為0.5μM的MeJA處理也恢復了spr2和def1的番茄紅素含量。由于乙烯能促進番茄果實成熟過程中類胡蘿卜素的積累，而JA內(nèi)源和外源水平的高低與乙烯的釋放量呈正相關，為了探明JA對類胡蘿卜素的促進作用是否與乙烯途徑相關，我們進一步利用0.5μM MeJA處理番茄的乙烯信號轉

5、導突變體Nr，發(fā)現(xiàn)MeJA同樣促進了Nr番茄紅素的積累和生物合成相關基因的表達。據(jù)此得出，JA可以獨立于NR受體介導的乙烯途徑促進番茄果實中番茄紅素的合成。
　　2、外源表油菜素內(nèi)酯(epibrassinolide，EBR)處理番茄果實及其果皮圓片均可以有效促進番茄果實成熟過程中類胡蘿卜素的積累。為進一步驗證EBR的功效，以番茄的乙烯信號轉導突變體Nr為材料，發(fā)現(xiàn)EBR同樣促進了Nr植株果實中類胡蘿卜素的積累。據(jù)此得出，BR可以獨

6、立于NR受體介導的乙烯途徑促進番茄果實中類胡蘿卜素的合成。轉錄因子BZR1是BR信號轉導的重要組分，關于其在番茄果實發(fā)育和類胡蘿卜素積累中的功能尚不清楚。本研究在番茄中異源過表達擬南芥功能增強BZR1-1D突變基因，得到3個轉基因株系BZR1-1D＃3、BZR1-1D＃6和BZR1-1D＃23，其果實中類胡蘿卜素積累均增加，其中BZR1-1D＃6和BZR1-1D＃23還表現(xiàn)出了番茄果實風味基因GLK2控制的綠果肩表型。由于BZR1-1D

7、＃23株系的效應最顯著，因此，我們對其進行了顯微化學分析，透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)其葉綠體數(shù)量增加，體積增大并伴隨類囊體堆疊和質(zhì)體小球數(shù)目的增多。除此之外，轉基因株系番茄果實中其他營養(yǎng)物質(zhì)，如可溶性固形物、可溶性糖和維生素C等的積累也得到促進。因而，BZR1可以通過轉錄調(diào)控番茄類胡蘿卜素合成途徑和促進質(zhì)體發(fā)育來提高類胡蘿卜素含量，并改善番茄的風味和營養(yǎng)品質(zhì)。
　　3、利用iTRAQ蛋白組學技術分析了番茄果實發(fā)育中的典型時期（未熟期IM、綠

8、熟期MG、破色期B和紅熟期R）野生型WT果實中的蛋白組變化，同時也分析了異源過表達擬南芥功能增強BZR1-1D突變基因得到的兩個轉基因株系BZR1-1D＃6和BZR1-1D＃23與WT之間的蛋白組變化。結果表明，共有2338個蛋白被鑒定，其中差異蛋白389個。我們比較并列出了在番茄果實發(fā)育的四個特定時期(IM、MG、B和R) BZR1-1D轉基因果實與野生型WT之間發(fā)生的蛋白變化。此外，我們還比較分析了在番茄果實從IM到G時期轉變和從B