收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

油菜素内酯和HsfA1a调控番茄花粉发育和高温抗性的机制研究

颜梦雨  
【摘要】:番茄是世界上栽培最广泛的蔬菜作物之一,也是我国设施栽培中重要的蔬菜作物。随着我国近年来设施生产规模的不断扩大,番茄作为深受广大消费者青睐的蔬菜作物,栽培面积也在不断增加。要保障番茄的产量和品质,高效的授粉受精是番茄良好坐果与发育的关键。大量研究表明,植物的雄性生殖能力对作物育种、杂交制种以及基因漂移的调控等具有重要意义,因此花药和花粉的良好发育以及对非生物胁迫的耐受性对保证番茄的生产至关重要。油菜素内酯(Brassinosteroids,BRs)是一种重要的植物激素,在花粉中含量较高。虽然BR对植物生长发育的影响以及HSFs对植物响应逆境胁迫的调控已有研究报道,但它们对番茄花粉发育及逆境响应的调控机制仍存在诸多疑问。本文以蔬菜模式作物番茄(SolanumlycopersicumL)为研究对象,以细胞学、遗传学、分子生物学、生物化学为技术手段,研究了 BR对番茄花粉发育的影响;阐明了 BR介导的ROS对花粉发育过程中绒毡层降解的调控机制;研究了热激转录因子HsfA1a在番茄花粉高温抗性中的作用。所得主要结果如下:1.明确了 BR合成和信号转导提高番茄花粉生殖能力和种子产量。在BR合成基因DWF突变体 d^im 和BR信号转导下游的转录因子BZR1突变体bzr1-1中,花粉畸形率增加,花粉活力和萌发力减弱,平均每个果实中的种子数相较于野生型也减少,而相应的过表达材料DWF:OE2和BZR1:OE2中结果则与之相反。这些不同BR水平的材料自交和杂交表现出与相应材料的花粉生殖能力一致的结果,相比于野生型,BR突变体d^im和bzr1-1的花粉在自交或杂交柱头上萌发力较弱,且所得果实的种子数较少,反之BR过表达材料DWF:OE2和BZR1:OE2在柱头上的花粉萌发力则较强,果实结籽率也较高。上述结果表明,内源BR水平和BZR1介导的BR信号转导通过提高花粉质量促进番茄果实结籽。2.发现了 ROS参与BRs对绒毡层PCD发生和降解的促进作用。组织化学染色分析发现DWF或BZR1的缺失会导致绒毡层细胞降解延迟,而DWF或BZR1过表达则会使绒毡层的降解适当提前发生。通过TUNEL检测我们发现,这些表型与绒毡层细胞的PCD发生时间的改变相关。qRT-PCR检测拟南芥调控绒毡层和花粉发育的遗传网络中的8个番茄同源基因的转录水平发现,它们在突变体d^im和bzr1-1中表达下调,但在DWF和BZR1过表达材料中则显著上调。H2DCF-DA和NBT染色结果表明,在花粉发育过程中,绒毡层中的活性氧(ROS)水平在突变体d^im和bzr1-1中较低,但在DWF和BZR1过表达材料中则较高。qRT-PCR分析编码NADPH氧化酶的基因发现,RBOH1(RESPIRATORY BURST OXIDASE HOMOLOG 1)在雄蕊和根中特异表达。与野生型相比,RBOH1的转录水平在d^im和bzr1-1村料的雄蕊发育过程中下调,相反,在DWF和BZR1过表达材料的雄蕊发育过程中上调。上述结果表明,在番茄花粉发育过程中BR通过诱导ROS促进绒毡层细胞的PCD发生和降解。3.阐明了 BRs通过激活RBOHI基因表达诱导ROS产生促进绒毡层降解。酵母单杂交和ChIP-qPCR实验证明了 BZR1通过与RBOHI启动子的结合调控RBOHI的基因表达。为了进一步确认RBOHI在番茄花粉发育中的重要作用,我们构建了RBOH1的基因沉默材料,并以RBOH1i-RNAi番茄为实验材料开展研究。实验结果表明,由RBOH1产生的ROS可诱导番茄绒毡层细胞的PCD和降解,RBOH1转录水平的下调导致绒毡层中的ROS积累显著减少。当DWF和BZR1过表达材料中RBOH1基因表达受到抑制时,花粉活力和萌发力的增强均受到了抑制,同样,果实中种子的产量相比野生型也有所下降。上述结果表明,BRs通过直接调控RBOH1基因的转录诱导ROS产生,促进番茄花粉发育过程中绒毡层细胞的降解。4.HsfA1a通过诱导HSPs蛋白积累和自噬基因的表达提高番茄花粉高温抗性。对高温胁迫下花粉生殖能力的检测发现,HsfA1a过表达提高花粉的高温抗性,而HsfA1a突变则导致花粉的高温抗性减弱。高温胁迫的HsfA1a过表达番茄花药中HsfA2,HsfA3,HSP70和HSP90的基因表达显著上调,而HsfA1a敲除则抑制了花药中HsfA2,HsfA3,HSP70和HSP90基因的表达。此外,HsfA1a过表达促进了高温胁迫后花药中HSP70和HSP90蛋白的积累,而HSP70和HSP90的蛋白积累在HsfA1a敲除花药中却受到了抑制。进一步分析发现,高温胁迫后花药中ATG18f,ATG18g和ATG18h的基因表达在HsfA1a过表达植株中显著上调,在HsfA1a敲除植株中上调受到抑制。这些结果表明,HsfA1a可能通过对HSPs的诱导和自噬的调控增强了番茄植株花粉的高温抗性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 郑橙;于静;吴刚;郭长奎;;干旱胁迫影响作物花粉发育的机制综述[J];分子植物育种;2019年01期
2 孙春丽;潘延云;;拟南芥花粉活力的测定及其在花粉发育研究中的应用[J];植物学通报;2008年03期
3 钱存呜,周朝飞,夏穗生,马兆祉;早熟小麦后期发育特性研究——Ⅰ.低温对不同小麦品种花粉发育的影响[J];作物学报;1986年03期
4 张潞生;潘季淑;郑开文;;桃和山桃远缘杂种花粉发育时期的特殊性及其利用价值[J];中国果树;1988年04期
5 赵世绪;;γ射线对春小麦花粉发育的影响[J];北京农业大学学报;1988年02期
6 C.M.Qian;杨文钰;;低温和基因型对小麦花粉发育的影响[J];麦类作物学报;1988年03期
7 郭洁,陈睦传,洪维廉,汪德耀;甜菊花粉发育的超微结构及细胞化学[J];厦门大学学报(自然科学版);1989年06期
8 刘德琼;;花粉原生质体的分离与培养[J];长沙水电师院学报(自然科学版);1989年06期
9 李胜国,刘玉乐,田波;植物花粉发育的分子生物学研究进展[J];生物工程进展;1997年02期
10 王强生,石荫坪,王金政,隋从义;桃的花粉发育[J];落叶果树;1994年02期
11 张正海;张悦;李玉环;李爱民;;五味子花粉发育时期与花外部形态相关性研究[J];北方园艺;2013年02期
12 赵雅静;姜照伟;李小萍;李义珍;;再生稻分蘖花粉发育进程的形态诊断[J];福建稻麦科技;2012年04期
13 庞广昌,王林嵩,马全祥,张黛静,陆文梁;棉花花粉发育过程中同工酶的研究[J];河南师范大学学报(自然科学版);1996年03期
14 ;中科院植物所花粉发育表观遗传调控研究取得新进展[J];广东农业科学;2012年03期
15 魏丽勤;王台;;花粉发育的转录组研究进展[J];植物学通报;2007年03期
16 寸宇智;萝卜可育系和雄性不育系花粉发育的组织化学研究[J];大理师专学报(综合版);1998年02期
17 黄纯农;小麦花粉发育的细胞形态学研究[J];杭州大学学报(自然科学版);1981年03期
18 李国平;黄群策;秦广雍;;油杉花粉发育进程的共聚焦显微镜观察[J];北京林业大学学报;2006年06期
19 江丽萍;董晓玲;李雪;高圆;盛仙永;;白皮松花粉发育过程中蛋白酶体活性及其分布的动态变化[J];植物学报;2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘树;楠潘磊;丁毅;;水稻花粉发育过程中多糖多光谱显微定量分析研究[A];基因开启未来:新时代的遗传学与科技进步——湖北省遗传学会第八次代表大会暨学术讨论会论文摘要汇编[C];2009年
2 王莉;陆彦;陈鹏;;银杏小孢子发生和花粉发育过程的观察[A];2008园艺学进展(第八辑)——中国园艺学会第八届青年学术讨论会暨现代园艺论坛论文集[C];2008年
3 章崇玲;张华华;刘向东;;水稻同源四倍体与二倍体花粉发育的比较研究[A];中国植物学会七十周年年会论文摘要汇编(1933—2003)[C];2003年
4 朱向涛;王雁;彭镇华;律春燕;郑宝强;史倩倩;;牡丹花蕾大小、花粉发育与花药培养[A];中国观赏园艺研究进展(2010)[C];2010年
5 李翔;夏娟;陈志雄;陆紫君;刘向东;;同源四倍体水稻花粉发育过程MicroRNAs表达谱[A];广东省遗传学会第九届代表大会暨学术研讨会论文及摘要汇编[C];2014年
6 滕俊琳;王以秀;薛庆中;;水稻亚种杂种F_1小孢子和花粉发育的超微结构[A];第六次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1990年
7 宋江华;金博;崔慧琳;裴佳星;夏冬健;;结球甘蓝花粉发育相关DHHC锌指蛋白基因的表达分析[A];中国园艺学会2017年论文摘要集[C];2017年
8 张爱红;黄鹂;余小林;卢钢;向珣;曹家树;;白菜花粉发育相关多聚半乳糖醛酸酶基因比较[A];中国十字花科蔬菜研究进展 2009——中国园艺学会十字花科分会第七届学术研讨会论文集[C];2009年
9 董金生;肖德兴;;杉木小孢子发生与花粉发育的研究[A];全国林木遗传育种第五次学术报告会论文汇编[C];1986年
10 甘露;何玉池;胡亚平;涂翼;马红霞;张津铭;宋兆建;蔡得田;;OsMND1调节PMeS(Polyploid Meiosis Stability)水稻花粉发育的功能分析与验证[A];中国的遗传学研究——遗传学进步推动中国西部经济与社会发展——2011年中国遗传学会大会论文摘要汇编[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 颜梦雨;油菜素内酯和HsfA1a调控番茄花粉发育和高温抗性的机制研究[D];浙江大学;2019年
2 戴晓燕;玉米中类似于mRNA的非编码基因ZM401 cDNA的克隆及其在玉米花粉发育中的作用[D];中国农业大学;2003年
3 朱金根;拟南芥Annexin5和ADF5在花粉发育和生长中的功能研究[D];兰州大学;2014年
4 魏兵强;辣椒胞质雄性不育育性恢复的遗传与候选基因鉴定[D];甘肃农业大学;2017年
5 蒋晶晶;白菜花粉发育和授粉受精相关基因的表达分析与功能验证[D];浙江大学;2012年
6 陈倪;拟南芥花粉和胚胎两个突变体的筛选和分子遗传研究[D];兰州大学;2009年
7 董衡;白菜组蛋白赖氨酸甲基化相关SDG家族的演化与在花粉发育中的作用分析[D];浙江大学;2016年
8 胡继宏;水稻同核异质系的基因组与转录组研究[D];武汉大学;2013年
9 林苏娥;白菜花粉壁发育相关的四个多糖代谢基因的表达分析与功能鉴定[D];浙江大学;2014年
10 康博;OsCYP2参与Aux/IAA蛋白降解并调控水稻侧根发生和花粉发育的功能研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘思嘉;脯氨酸代谢途径对乌菜细胞质雄性不育系花粉发育的影响[D];安徽农业大学;2018年
2 张风苹;SlIDA在番茄中的表达分析以及对花粉发育的影响[D];沈阳农业大学;2018年
3 张威通;拟南芥VAC14调控花粉发育的机理研究[D];山东农业大学;2018年
4 苏立娟;百合科(Liliaceae)植物花粉形态及花粉发育的研究[D];首都师范大学;2006年
5 彭真;高温影响番茄花粉发育的细胞学研究及花药差异表达分析[D];浙江大学;2012年
6 杜娟;拟南芥AtPLC1、AtPLC6基因参与花粉发育及花粉管极性生长过程的研究[D];河北农业大学;2009年
7 张芳;白菜花粉发育和授粉受精相关长链非编码RNA的鉴定方法[D];浙江大学;2015年
8 马小定;棉花双隐性细胞核雄性不育系与保持系花粉发育期差异表达基因分析[D];中国农业科学院;2007年
9 严峥;影响辣椒花粉活力和结实率的光温条件研究[D];湖南农业大学;2004年
10 俞竹青;水稻育性相关基因的克隆及功能分析[D];上海师范大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 澄城县农技中心 常正民 张全红;夏季巧防番茄“空心”[N];陕西科技报;2007年
2 王崇斌;如何提高果树坐果率[N];陕西科技报;2006年
3 林奇;几种劣质茄的发病原因及防治[N];河南科技报;2008年
4 江涛;小麦增施持力硼和速乐硼增产[N];江苏农业科技报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978