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FaSnRK2.6/FaMPK3信号系统在草莓果实发育和成熟中的作用及机理分析

韩瑜  
【摘要】:果实发育及成熟调控是果树学研究的核心问题之一。多年来,大量研究围绕果树果实发育调控机理开展,但其中大多局限于对果实发育过程中形态解剖及生理生化变化的探讨,对于操纵这些变化的内在机制不甚清楚。随着分子生物学及细胞生物学研究的快速发展,人们逐步意识到代谢调控的基础是细胞信号转导,而其中,由蛋白激酶催化的蛋白磷酸化起着关键作用。草莓是典型的非呼吸跃变型果实,近年来成为研究果实发育的模式材料之一。本论文以八倍体草莓(Fragaria×ananassa)为试材,从细胞信号转导的角度上,对草莓果实发育及成熟调控机理进行了研究,主要结果如下: 1、本试验基于生物信息学分析,发现草莓基因组中蔗糖非酵解蛋白激酶II家族(Sucrose Nonfermenting Protein Kinase2s, FaSnRK2s)由9个成员组成。FaSnRK2s时空表达分析发现,FaSnRK2.6的表达与果实发育和成熟进程关系尤为密切:随着草莓果实发育,FaSnRK2.6的基因表达急剧下降。试验发现,FaSnRK2.6的时空表达不仅受ABA的调控,也受温度的调控。而ABA和温度已被证明是操纵草莓果实成熟的内、外信号(因素),暗示着FaSnRK2.6在草莓果实发育和成熟调控中可能起着重要作用。蛋白序列比对分析发现,FaSnRK2.6和Open Stomata1(OST1)为直系同源蛋白。OST1是操纵气孔运动的核心信号蛋白,气孔运动和草莓果实发育可能拥有某种类似的信号转导机制。利用果实瞬时基因操纵技术,过量表达FaSnRK2.6可推迟草莓果实发育和成熟进程,相反RNAi沉默FaSnRK2.6的可促进草莓果实发育和成熟进程。操纵FaSnRK2.6的表达可影响一系列果实成熟相关指标及基因表达,如色素代谢、细胞壁代谢和香味代谢等。进一步分析表明,FaSnRK2.6与ABA下游信号FaABI1存在物理互作关系。这些结果表明,FaSnRK2.6在草莓果实发育和成熟进程中是一个负调控因子。 2、高温/低温可以加速/延缓草莓果实发育和成熟进程,暗示着温度胁迫应答信号系统在草莓果实发育和成熟调控中起着重要作用。本试验发现,高温/低温可分别抑制/维持FaSnRK2.6的表达;同时,操纵FaSnRK2.6的表达可以影响一系列温度应答基因的表达。FaSnRK2.6在温度调控的果实发育和成熟过程中是一个重要的信号分子,且通过介导温度胁迫诱导的果实发育及成熟调控实现草莓对逆境胁迫的适应。 3、为进一步揭示FaSnRK2.6的信号转导机制,本试验对FaSnRK2.6的互作蛋白进行了分析,并发现FaSnRK2.6与促分裂原活化蛋白激酶家族(Mitogen Activated Protein Kinase, MPKs)中的FaMPK3、FaMPK4和FaMPK6均存在物理互作关系,暗示着这些信号蛋白可能在草莓果实发育和成熟中起着重要作用。进一步试验发现,操纵FaMPK3的基因表达可以影响草莓果实发育和成熟进程,说明FaMPK3是草莓果实发育和成熟的重要调控因子。利用酵母双杂交和BiFC等试验发现FaMPK3与FaMYB10存在物理互作关系。有研究表明,FaMYB10可以调控草莓果实着色,暗示着FaMPK3可能通过调控FaMYB10参与果实着色过程。 综上所述,本试验证明FaSnRK2.6是草莓果实发育和成熟的负调控因子,FaSnRK2.6还可以介导温度胁迫,调控草莓果实成熟并实现对逆境胁迫的适应;FaMPK3参与调控草莓果实发育与成熟,而且可能通过调控转录因子FaMYB10参与调控草莓果实着色;本试验发现一条可能存在并调控草莓果实着色的信号通路:ABA/FaPYR1/FaABI1/FaSnRK2.6/FaMPK3/FaMYB10/果实着色。


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