番茄Trihelix家族SIP1亚家族基因(SlGT-33)克隆表达分析及功能研究

摘要

【目的】对番茄三螺旋(Trihelix)家族SIP1亚家族基因(SlGT-33)进行克隆表达及功能研究,为深入解析SIP1亚家族成员调控植物生长发育机制及选育矮化番茄品种提供理论依据。【方法】以番茄品种AC++为材料,PCR扩增SlGT-33基因,对其进行序列分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测SlGT-33基因在不同组织及外源激素和非生物胁迫下的表达模式,并利用RNAi技术鉴定SlGT-33基因的生物学功能。【结果】扩增获得的SlGT-33基因(GenBank登录号Solyc12g043090)开放阅读框(ORF)为1125 bp,编码374个氨基酸残基,与已知同源基因序列(GenBank登录号XP004252336.1)仅缺少3个碱基。SlGT-33与SlGT-17(GenBank登录号Solyc05g018350)位于同一分支,虽然二者的氨基酸序列相似性最高,但仅为45.8%。SlGT-33基因在茎和成熟叶中的相对表达量较高,显著高于其他组织(P0.05,下同);SlGT-33基因经ABA处理2~24 h时相对表达量均显著高于对照。SlGT-33基因在高盐胁迫和机械损伤下的相对表达量与对照无显著差异;高温胁迫和低温胁迫下SlGT-33基因表达整体上均呈逐渐降低的变化趋势;在脱水胁迫下SlGT-33基因表达整体上均呈逐渐升高的变化趋势。通过农杆菌介导转化法获得6个SlGT-33-RNAi沉默株系,沉默效率为64%~83%。生长70 d的SlGT-33-RNAi沉默株系RNAi-4和RNAi-5幼苗株高和节间长度均为野生型的60%左右,且复叶结构尺寸明显变小,花序提前形成。茎尖组织中顶端分生组织关键转录因子基因KNOX2和WUS基因在SlGT-33-RNAi沉默株系的相对表达量均极显著(P<0.01)或显著高于野生型,腺苷酸异戊烯转移酶(CTK合成的关键酶)编码基因IPT2和茎尖生长点调控基因PHAN基因在2个SlGT-33-RNAi沉默株系的相对表达量均显著低于野生型。顶端分生组织关键转录因子基因KNOX1基因在2个SlGT-33-RNAi沉默株系的相对表达量与野生型无显著差异。SlGT-33-RNAi沉默株系茎尖组织的细胞分裂素(CTK)含量显著低于野生型。【结论】SlGT-33基因属于环境敏感型基因,其表达受ABA和脱水胁迫诱导,但受极端温度的抑制。抑制SlGT-33基因表达会导致了番茄植株矮化和生殖生长加速,其作用机制与顶端分生组织的CTK合成受抑制及茎尖组织调控基因KNOX2、PHAN和WUS的异常表达密切相关。