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FaMAPK6/FaMYB44.2信号模块调控蔗糖合成关键基因FaSPS3的机理研究

魏灵芝  
【摘要】:果实成熟及品质形成调控是果树学研究的关键问题之一。果实成熟及品质形成是受多种因素调控,涉及多个代谢系统的复杂生物学过程,其调控的分子基础是精细、复杂的细胞信号转导网络。鉴定并阐明关键的信号蛋白在果实成熟及品质形成过程中的功能为我们深入揭示果实成熟及品质形成提供了良好的切入点和突破口。草莓是重要的园艺作物,由于其重要的经济价值及独特的植物学特征,日益成为研究果树果实成熟及品质形成调控的模式材料。本研究以八倍体草莓红颜(Fragaria × ananassa Ducherne,cv Benihoppe)为试材,以信号转导机理研究为切入点,围绕草莓果实品质形成,特别是糖、酸代谢调控的信号转导机理,开展了深入系统的研究。主要研究结果如下:1.基于生物信息学分析,我们在草莓基因组中鉴定了 3个FaMYB44家族成员,表达量分析显示FaMYB44.2与草莓果实成熟进程密切相关。在草莓果实中瞬时操纵FaMYB44.2的表达能够调节果实可溶性糖及苹果酸积累,调控相关结构基因表达。进一步研究表明,FaMYB44.2主要通过调控草莓果实蔗糖积累的关键基因FaSPS3(Sucrose phosphate synthase 3,SPS3)的表达来影响草莓果实蔗糖积累。FaMYB44.2对FaSPS3的调控与转录因子FabHLH3和FaMYB10密切关系。FaMYB10是操纵草莓果实花青素积累的关键转录因子,其表达量在草莓白果期大幅上升,FaMYB10的高表达能够抑制FaMYB44.2的表达,同时在与FaMB44.2共抑制子FabHLH3的互作中形成竞争优势,减弱了 FaMYB44.2与FabHLH3的互作,而与FaMYB10互作的FabHLH3被转化为激活子,协同FaMYB10共同激活FaSPS3的表达,从而调控了草莓果实中的蔗糖积累。2.为深入揭示FaMYB44.2调控草莓果实成熟的信号转导机理,我们对其上游信号组分进行了研究。以往研究表明,MAPK能够与MYB通过MAPK-MYB信号模块在植物发育和逆境响应中发挥重要作用,但这一信号模块能否参与果实品质形成调控,其具体的信号成员是什么均不清楚。为此,我们鉴定了草莓中的MAPK家族成员,并对其与FaMYB44.2的互作进行了分析。结果发现,草莓基因组中共有12个MAPKs家族成员,其中FaMAPK6与FaMYB44.2存在强烈蛋白互作,表明其可能与FaMYB44.2功能的发挥密切相关。在果实中瞬时超表达或沉默FaMAPK6可以促进或延缓草莓果实着色,改变果实硬度、花青素、类黄酮及果实香气组分含量,并调控细胞壁物质代谢、色素合成、香气积累及糖酸合成代谢相关结构基因的表达。利用Effector-Reporter体系分析FaMAPK、FaMYB44能否参与FaSPS3介导的蔗糖积累,发现单独转化FaMYB44.2时可以显著抑制FaSPS3的启动子活性,共转化FaMAPK6和FaMYB44.2时,抑制作用显著增强,共转化FaMKK4、FaMAPK6和FaMYB44.2时,抑制作用进一步加强,以上结果显示‘FaMKK4-FaMAPK6-FaMYB44.2’信号模块参与对FaSPS3功能的调控,进而影响草莓果实蔗糖积累。此外,我们还发现FaMAPK6可与FaMYB10和FaJAZ1发生蛋白互作。3.研究发现FaMYB44.2、FaMAPK6还参与茉莉酸(Jasmonic acid,JA)信号对草莓果实发育和品质形成的调控,表明草莓果实品质形成调控存在多信号系统协同及交叉对话机制。综上,本研究证明FaMYB44.2是草莓果实蔗糖积累的负调控因子,参与了茉莉酸介导的草莓果实蔗糖积累调控;FaMAPK6能够调节草莓果实品质形成,并通过‘FaMKK4-FaMAPK6-FaMYB44.2’信号模块调控FaSPS3。这些结果为深入解析草莓果实成熟和品质形成的机理奠定了理论基础。


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