生長(zhǎng)素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子家族基因在西瓜果實(shí)膨大過(guò)程中的調(diào)控作用分析.pdf

1、西瓜(Citrullus lanatus(Thunb.) Matsum.&Nakai)是一種重要的園藝作物，在全球有著廣泛的栽培，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。果實(shí)快速膨大是西瓜等葫蘆科作物所特有的生物學(xué)性狀，研究西瓜果實(shí)快速膨大的調(diào)控機(jī)制，不僅可以解析果實(shí)發(fā)育的生物學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)還可以為西瓜果實(shí)性狀的遺傳改良和控制裂果提供理論依據(jù)，因而具有重要的生物學(xué)和產(chǎn)業(yè)意義。生長(zhǎng)素等植物激素在西瓜果實(shí)膨大過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，生長(zhǎng)素相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子是響應(yīng)生長(zhǎng)素

2、并調(diào)控下游基因表達(dá)的重要調(diào)控基因。而生長(zhǎng)素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子家族基因是否參與了西瓜果實(shí)膨大的調(diào)控？有哪些生長(zhǎng)素相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子參與了調(diào)控？是如何調(diào)控的？目前尚不清楚。針對(duì)以上問(wèn)題，本研究在鑒定ARF、Aux/IAA和GH3轉(zhuǎn)錄因子家族基因的基礎(chǔ)上，分析其在西瓜果實(shí)膨大過(guò)程中的表達(dá)及其與果實(shí)中生長(zhǎng)素含量、細(xì)胞大小和數(shù)目多少等表型性狀的關(guān)系，旨在解析生長(zhǎng)素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子家族基因在轉(zhuǎn)錄水平對(duì)西瓜果實(shí)膨大的調(diào)控作用，獲得了如下結(jié)果:
　　1.西瓜基

3、因表達(dá)分析中內(nèi)參基因的篩選。針對(duì)西瓜基因表達(dá)的qRT-PCR分析中缺少經(jīng)系統(tǒng)驗(yàn)證的內(nèi)參基因現(xiàn)狀，本研究首先以西瓜自交系97103為材料，用qRT-PCR技術(shù)分析了15個(gè)候選內(nèi)參基因在生物脅迫、非生物脅迫和正常生長(zhǎng)條件下西瓜不同組織和器官中的表達(dá)。用geNorm和NormFinder軟件評(píng)價(jià)了基因的表達(dá)穩(wěn)定性，結(jié)果表明ClYLS8和ClPP2A表達(dá)穩(wěn)定性最好，采用Catalase家族基因在低溫下的表達(dá)分析驗(yàn)證了該內(nèi)參基因的可靠性。為進(jìn)一步

4、篩選出西瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中的果實(shí)特異性內(nèi)參基因，以西瓜自交系97103和F1雜種8424為材料，分析了12個(gè)候選內(nèi)參基因在人工授粉果實(shí)和CPPU誘導(dǎo)的單性結(jié)實(shí)果實(shí)不同發(fā)育階段的表達(dá)。ClTUA5、ClCAC和ClACT被geNorm鑒定為最佳內(nèi)參組合，ClCAC和ClSAND被NormFinder鑒定為最佳組合。對(duì)ClPSY1相對(duì)表達(dá)量及其與西瓜果實(shí)成熟過(guò)程中番茄紅素含量的平行分析進(jìn)一步證實(shí)了這2個(gè)內(nèi)參組合的可靠性。
　　2.西瓜果

5、實(shí)膨大過(guò)程中相關(guān)性狀的動(dòng)態(tài)分析。以西瓜97103為研究對(duì)象，測(cè)定了西瓜果實(shí)在不同發(fā)育階段的單果重、縱橫徑、細(xì)胞數(shù)目、細(xì)胞面積、細(xì)胞倍性以及生長(zhǎng)素含量，發(fā)現(xiàn)在果實(shí)發(fā)育前期(0～7 DAP)，果實(shí)以細(xì)胞分裂為主，單果重變化不顯著，IAA含量在授粉后12h最高(68.89 ng/g.fw)，細(xì)胞倍性主要以2C為主;果實(shí)發(fā)育中期(7～20 DAP)，以細(xì)胞膨大為主，細(xì)胞面積與數(shù)目快速增長(zhǎng)，單果重生長(zhǎng)速率在13 DAP達(dá)到最大，IAA在15 DA

6、P達(dá)到這一時(shí)期最大值(46.78 ng/g.fw)，細(xì)胞倍性4C含量高于2C;果實(shí)發(fā)育后期(20～34 DAP)，單果重，細(xì)胞膨大與分裂變化不明顯，IAA含量在26 DAP達(dá)到最高值41.29 ng/g.fw，細(xì)胞倍性大于4C的含量高于2C與4C。
　　3.ARF家族基因的鑒定及其在西瓜果實(shí)膨大過(guò)程中的表達(dá)分析。用隱馬爾科夫模型在西瓜全基因組上共鑒定出17個(gè)ARF家族基因，分布在除11號(hào)染色體外的其它10條染色體上。組織特異性表達(dá)

7、分析表明，有15個(gè)、17個(gè)、16個(gè)、13個(gè)、11個(gè)和16個(gè)ARF基因分別在根、莖、葉、雌花、雄花、卷須中表達(dá)。在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中，9個(gè)ARF基因在西瓜果實(shí)快速膨大期上調(diào)表達(dá)，與果實(shí)膨大呈正相關(guān)。6個(gè)ARF基因在果實(shí)發(fā)育前期表達(dá)上調(diào)，與果實(shí)細(xì)胞分裂呈正相關(guān)，5個(gè)基因的表達(dá)模式與果實(shí)發(fā)育無(wú)相關(guān)性。miRNA與其靶基因ARF的共表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，在果實(shí)發(fā)育中后期miR160表達(dá)上調(diào)，其靶基因ClARF6和ClARF12表現(xiàn)為下調(diào)表達(dá)，同樣隨著miR

8、167a和miR167c的上調(diào)表達(dá)，其靶基因ClARF2表達(dá)下調(diào)，表明miRNA和ARF基因共同參與了對(duì)西瓜果實(shí)膨大過(guò)程的調(diào)控。
　　4.Aux/IAA家族基因的鑒定及其在西瓜果實(shí)膨大過(guò)程中的表達(dá)分析。全基因組上鑒定出38個(gè)Aux/IAA家族基因，分布在除11號(hào)染色體外的其它10條染色體上，有21個(gè)、24個(gè)、26個(gè)、14個(gè)、11個(gè)和28個(gè)家族成員分別在根、莖、葉、雌花、雄花和卷須中表達(dá)，4個(gè)Aux/IAA基因在果實(shí)發(fā)育早期表達(dá)上調(diào)