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番茄水通道蛋白在干旱胁迫及果实成熟过程中的功能分析

李仁  
【摘要】:番茄(Solarium lycopersicum)是一种在世界上广泛栽培的的蔬菜。番茄在植株生长、果实发育、果实采后成熟过程都离不开水分。水通道蛋白基因作为一种特异转运水的通道,能够参与植物体对水分的吸收与运输。本研究旨在探讨番茄水通道蛋白在响应干旱胁迫和果实成熟过程中的功能。 1.水通道蛋白(AQP)的水分运输功能对植物在干旱胁迫的生存是至关重要的。虽然已有报道,番茄中含有47个水通道家族基因,但单个水通道蛋白以及整体家族基因在干旱胁迫下的功能还尚不明确。本研究筛选了在番茄根中表达量较高的三个质膜型内在蛋白基因SlPIP2;1, SlPIP2;7, SlPIP2;5作为研究对象。GFP亚细胞定位的结果显示,这三个基因都是在细胞膜上特异性表达,行使生物学功能。非洲爪蟾卵母细胞异源表达系统的实验表明,这三个基因都是有转运水分功能的蛋白,能够促进水分在卵母细胞中的运输。实时定量PCR及原位杂交分析的结果显示,SlPIP2;1, SlPIP2;7, SlPIP2;5可能参与对干旱胁迫的响应。为了进一步研究基因的功能,分别构建了SlPIP2;1,SlPIP2;7和SlPIP2;5的过表达载体,并转化了番茄和拟南芥。与对照植株相比,SlPIP2;1,SlPIP2;7和SlPIP2;5的过表达植株在正常生长和干旱胁迫下发芽率、根系导水率和存活率都提高。转基因番茄植株在干旱胁迫下其相对含水量(RWC)高于对照植株,而丙二醛(MDA)含量则较低。综上可知,水通道蛋白基因(SlPIP2;1、SlPIP2;7、SlPIP2;5)是通过提高植物含水量和维持水分平衡的方式参与番茄幼苗根系中的水分运输。 2.番茄水通道蛋白基因在果实发育中的研究还不丰富。本研究对11个PIPs和9个TIPs水通道蛋白基因在番茄果实发育和成熟过程中的表达量进行了分析。实时定量PCR的研究结果显示:SlPIP2;5, SlPIP1;4, SlPIP2;7, SlPIP2;1, SlPIP2;8, SlPIP2;4, SlTIP1;5和SlTIP1;4在果实发育前期的表达量高;而SlPIP1;1, SlTIP, SlTIP1;3在果实发育后期的表达量高。利用外源生长素处理番茄果实后,上述水通道蛋白基因的表达量发生了明显变化,其中SlPIP2;4基因的表达水平显著上调了9.4倍。过表达SlPIP2;4的转基因果实鲜重显著高于对照果实,但干重与对照差异不显著,说明SlPIP2;4可受生长素的调控,并参与了番茄果实水分吸收和积累。 3.为了探索番茄水通道蛋白在番茄果实采后贮藏过程中的作用,本研究通过乙烯和1-甲基环丙烯(1-MCP)处理番茄采后果实,并测定其果实内11个PIPs和9个TIPs水通道蛋白基因的表达水平。从中筛选出受乙烯影响明显下调而受1-MCP显著上调的基因SlPIP1;4。 SlPIP1;4在沉默乙烯受体SlETRs的果实中表达量显著下调,说明其是位于ETR的下游基因。利用VIGS技术在番茄果实中沉默SlPIP1;4,与对照果实相比,沉默果实在贮藏过程中水分散失较快,表明SlP1P1;4在番茄果实贮藏过程维持果实内水分平衡中起到了重要作用。


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