转录因子SlBEL11调控番茄果实叶绿素代謝和成熟的分子机制研究

摘要：光合作用为番茄果实生长发育提供能量、糖类及其他化合物,叶绿体是光合作用场所,叶绿素是光系统的重要組成部分番茄果实中叶绿体的发育和叶绿素的代谢影响果实的发育和品质。目前,关于调控叶绿体发育和叶绿素代谢的转录因子研究较少,其调控机制仍不清晰本研究采用VIGS(virus-induced gene 11)转录因子调控叶绿体发育和叶绿素代谢的分子机制,并初探SlBEL11其他功能,主要结论如下:1、本研究以番茄Micro-Tom为材料,采用VIGS技术研究番茄果实成熟时期特异性表达的7个含HD结构域(homeodomain)的转录因子功能,发现番茄果实中抑制SlBEL11的表达会显著增加未成熟时期果实叶绿素的積累,表明SlBEL11可能调控果实中叶绿素的代谢途径。2、以番茄Micro-Tom为材料,通过遗传转化获得SlBEL11 RNAi转基因植株,未成熟时期果实中叶绿素积累增加,叶绿体数量增多,表明SlBEL11调控叶绿素的积累和叶绿体的发育采用RNA-Seq分析转基因绿熟时期果实与对照组相应时期果实中差异表达基因,这些基因的功能分类涵蓋包括与光合作用相关的类囊体、前体代谢物和能量等多个途径。3、RNA-Seq分析结果中,有48个表达量上调的基因参与叶绿素合成、光合作用和叶绿體发育途径,通过全基因组扫描BELL结合位点,与转录组数据综合分析发现,48个基因中有22个基因可能为SlBEL11蛋白的靶基因,主要包括叶绿素合成途径基因POR(protochlorophyllide 2)等4、通过凝胶阻滞迁移率(EMSA)试验和染色质免疫共沉淀(ChIP)试验结果表明SlBEL11蛋白在体内和体外都可以与TKN2、CAB和POR启动子区域结合,被认为是SlBEL11的有效靶基因。雙荧光素酶报告基因(DLR)试验结果表明SlBEL11蛋白负调控TKN2、CAB和POR的表达5、此外,SlBEL11 RNAi番茄与野生型番茄相比果实破色延迟、果实显著变大且易脱落,表明转录洇子SlBEL11还可能调控番茄果实发育和成熟等途径。总之,本研究表明转录因子SlBEL11在番茄果实叶绿素积累和叶绿体发育过程中发挥着重要的作用,同时具有调控番茄果实发育成熟的多种生物学功能