调控番茄种子休眠的SlMAPK11基因功能研究

摘要

种子休眠是植物种子发育学的重要组成部分，休眠程度过低或过高都会对种子发育和农业生产带来不利的影响，因此研究种子休眠的调控机理具有重要的理论和生产实践意义。
　　番茄是一种广泛种植的蔬菜作物，其果实经历从野生型醋栗番茄到樱桃番茄再到栽培型大果番茄的两次进化过程，拥有丰富的种质资源，是植物生物学基础研究的良好材料。我们对255份番茄种质材料进行种子发芽实验，发现了3份具有种子休眠的番茄材料(TS34、TS223、TS302)，且4℃低温能够打破TS34种子的休眠;对这255份番茄材料进行全基因组关联分析挖掘到一个调控番茄种子休眠的关键基因SlMAPK11，通过转基因验证该基因的功能，主要结果如下:
　　1.番茄种质材料的种子休眠的表型鉴定结果显示:TS34，TS223，TS302等3份材料具有种子休眠的特性。
　　2.番茄种子休眠性状的GWAS:分析发现与种子休眠显著关联的SNP位点位于SlMAPK11基因的内含子区。SlMAPK11属于组成型表达基因，相比其他组织，SlMAPK11在番茄花蕾中表达量最高;在种子中，SlMAPK11在休眠材料TS34中的表达量显著高于常规材料A57、TS74。
　　3.转基因功能验证表明:SlMAPK11基因超量表达系种子发芽率降低，而该基因的干涉表达系种子发芽率升高，显示出SlMAPK11影响番茄种子休眠。
　　4.酵母双杂结果显示:从酵母钓库找到一个与ABA响应、种子发育和休眠相关基因SNF1，酵母点对点验证MAPK11与SNF1蛋白互作。
　　5.外源施加ABA处理实验表明:SlMAPK11超量表达系相比A57对外源ABA的处理更敏感。SlMAPK11基因超量表达引起ABA正调控基因(ABI5)表达升高和ABA分解基因(SlCYP707A1、SlCYP707A3)表达的降低;相反地，SlMAPK11基因干涉表达引起ABA正调控基因(ABI5)表达降低和ABA分解基因表达的升高。
　　6.低温下（4℃低温处理后），番茄种质TS34种子中ABA降解途径中的基因(SlCYP707A2、SlCYP707A3、SlCYP707A4)表达升高，而合成途径中的基因(SlNCED3)表达降低。

目录

声明

摘要

缩略语表

1 前言

1．1 研究课题的由来

1．2 种子休眠的研究进展

1．2．1 种子休眠的类型

1．2．2 植物种子休眠的调控机制

1．3 全基因组关联分析

1．3．1 GWAS的研究原理

1．3．2 GWAS在植物中的应用

1．4 MAPK基因的研究进展

1．4．1 MAPK基因在植物胁迫响应中的作用

1．4．2 MAPK基因在植物激素调控中的作用

1．4．3 MAPK基因在植物生长发育中的作用

1．5 本研究的目的及意义

2 材料和方法

2．1 番茄材料

2．2 试验所用的菌株、载体及试剂

2．3 全基因组关联分析

2．4 SlMAPK11组织表达量测定

2．5 表达载体的构建和番茄遗传转化

2．5．1 超量表达载体的构建

2．5．2 RNAi干涉表达载体的构建

2．5．3 番茄遗传转化

2．5．4 T0代转基因植株表达量的测定

2．6 酵母双杂交实验

2．6．1 酵母表达载体的构建

2．6．2 Mating

2．6．3 蛋白与蛋白互作验证

2．7 外源ABA和钨酸钠处理

2．8 番茄种子发芽试验

2．9 ABA途径相关基因的表达量测定

3 结果与分析

3．1 低温打破TS34种子的休眠

3．2 GWAS关联到番茄种子休眠性状的位点及相关基因

3．3 种子休眠候选基因SlMAPK11序列特性

3．4 候选基因SlMAPK11具有时空表达特性

3．5 转基因植株的功能验证

3．5．2 干涉SlMAPK11基因也影响种子萌发

3．6 酵母双杂获得SlMAPK11互作蛋白基因

3．6．1 酵母钓库结果

3．7 SlMAPK11超量表达抑制SlSNF1表达

3．8 外源ABA处理对超量转基因材料种子发芽的抑制作用

3．9 ABA合成抑制剂(钨酸钠)处理的结果

3．10 SlMAPK11影响ABA生物合成和分解途径中相关基因的表达

3．11 低温处理可影响TS34种子中ABA相关基因的表达

4 讨论

4．1 番茄种子休眠受温度的影响

4．2 番茄SlMAPK11基因功能的分析

4．3 总结与展望

参考文献

附录

在校期间发表的文章

致谢