西瓜TCP轉(zhuǎn)錄因子的鑒定及功能分析.pdf

1、TCP蛋白是植物所特有的一類轉(zhuǎn)錄因子，對植物的生長發(fā)育及形態(tài)建成起著重要的調(diào)控作用，比如:種子萌發(fā)、植株分枝、葉和花的發(fā)育等過程。西瓜是我國乃至全世界的重要經(jīng)濟(jì)作物，栽培面積廣闊，經(jīng)濟(jì)效益顯著。關(guān)于西瓜TCP基因家族的研究至今還沒有報道。本研究利用生物信息學(xué)方法，基于西瓜全基因組數(shù)據(jù)庫信息，首次對西瓜TCP轉(zhuǎn)錄因子家族成員進(jìn)行鑒定與命名，并全面分析了其序列、分類、結(jié)構(gòu)、進(jìn)化、染色體位置、保守結(jié)構(gòu)域及時空表達(dá)等情況，為西瓜TCP家族的功能

2、分析奠定了基礎(chǔ)。株高是西瓜重要的農(nóng)藝性狀之一。短蔓型西瓜植株株型緊湊，易于栽培和管理，無須整枝，適合密集種植，并能充分利用太陽光能和土地資源，增加單位面積西瓜產(chǎn)量;同時可在一定程度上節(jié)省勞動力，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。但目前主栽品種中很少有短蔓類型，這可能與短蔓連鎖的基因影響了品質(zhì)有關(guān)。因此研究短蔓的分子機(jī)理，可為優(yōu)質(zhì)品種中引入短蔓性狀提供理論支撐。另一方面，生產(chǎn)上發(fā)現(xiàn)嫁接或脅迫引起的衰老不僅會導(dǎo)致葉片光合能力下降，同時還會嚴(yán)重影響

3、西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。近期有研究表明TCP蛋白參與葉片衰老過程。因此，本研究希望通過對TCP基因家族在株高及葉片衰老調(diào)控中的功能研究，為后期短蔓西瓜及延緩葉片衰老的機(jī)理研究打下基礎(chǔ)。目前本研究主要成果如下:
　　1.確定了西瓜TCP轉(zhuǎn)錄因子的數(shù)量、染色體分布、基因結(jié)構(gòu)與亞家族分類
　　本研究借助多種生物信息學(xué)軟件對西瓜全基因組數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，最終獲得27個TCP類型基因。根據(jù)序列同源性及擬南芥TCP基因的命名特性，將它們分別命名

4、為ClTCP1a-ClTCP21。染色體位置及基因結(jié)構(gòu)分析表明，27個TCP基因廣泛分布于西瓜的9條染色體上;其中24個成員基因結(jié)構(gòu)都比較簡單沒有內(nèi)含子，只有3個成員具有1-2個內(nèi)含子。分析發(fā)現(xiàn)所有TCP蛋白都含有一個由55或59個氨基酸組成的非典型的bHLH保守結(jié)構(gòu)域，即TCP結(jié)構(gòu)域。根據(jù)結(jié)構(gòu)域差異及系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系分析，可將西瓜TCP基因家族分為Ⅰ類和Ⅱ類兩個亞家族，其中Ⅱ類又可分為CYC/TB1和CIN兩個分支。此外，保守基序分析發(fā)現(xiàn)

5、只有少數(shù)Ⅱ類基因具有R結(jié)構(gòu)域，miR319的靶基因只分布在CIN分支，Ⅰ類基因不存在R結(jié)構(gòu)域和miR319靶基因位點。這些結(jié)構(gòu)域的差異不僅驗證了亞家族分類的正確性，也為各亞家族基因的功能預(yù)測提供了依據(jù)。
　　2.完成了TCP基因在西瓜不同時期及不同組織中的表達(dá)情況檢測
　　本研究利用半定量RT-PCR技術(shù)，對西瓜TCP基因進(jìn)行了時空表達(dá)分析。結(jié)果表明，27個基因在莖尖端分生組織均具有較高的表達(dá)量;大多數(shù)CIN類基因在種子、子

6、葉和葉片中具有相對較高的表達(dá)量;大多數(shù)CYC/TB1型TCP基因在節(jié)間和莖尖端分生組織中的表達(dá)量較高;Ⅰ類基因沒有明顯的組織表達(dá)特異性，可能參與了西瓜生長發(fā)育各個階段的調(diào)控。這些TCP基因的時空表達(dá)模式差異，為后期研究TCP基因在西瓜不同組織中的功能提供了重要指導(dǎo)。
　　3.發(fā)現(xiàn)ClTCP14a和ClTCP15基因在調(diào)控西瓜株高性狀中發(fā)揮重要功能
　　研究發(fā)現(xiàn)植物生長調(diào)節(jié)劑GA和CCC可以分別促進(jìn)和抑制西瓜的植株高度，RT-

7、qPCR結(jié)果發(fā)現(xiàn)ClTCP14a和ClTCP15基因表達(dá)受上述處理影響且與節(jié)間長度變化高度正相關(guān)。此外，擬南芥TCP14和TCP15基因的雙突變引起株高降低，而在tcp14 tcp15雙突變體中過量表達(dá)ClTCP14a和ClTCP15基因均可使突變體株高回復(fù)到野生型水平。并且在過表達(dá)植株中，GA生物合成相關(guān)基因KO1和GA信號接收基因GID1a呈上調(diào)表達(dá)，與GA降解相關(guān)基因GA2ox3呈下調(diào)表達(dá)。表明ClTCP14a和ClTCP15兩個

8、基因可能是通過GA相關(guān)途徑來正向調(diào)控植株高度。
　　4.ClTCP1a，2a，16，20a，21基因可能在葉片衰老的調(diào)控中起著重要作用
　　RT-qPCR結(jié)果顯示，ClTCP1a，2a，16,20a，21基因各自在自然衰老和黑暗誘導(dǎo)衰老過程中有著相同的表達(dá)模式。其中，ClTCP1a和ClTCP16基因受到誘導(dǎo)表達(dá)，可能具有加速葉片衰老的作用;ClTCP2a，ClTCP20a和ClTCP21基因受到抑制表達(dá)，可能具有延緩葉片衰