JA信号通路中SlMYC1与SlTOR互作调控番茄表皮毛生长发育的机制

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番茄是设施栽培的主要蔬菜作物之一,但在实际生产中易受生物与非生物胁迫的影响,从而造成减产。表皮毛作为番茄表面一种特化的毛状突起结构,在抵御胁迫方面发挥重要作用。研究表明,JA信号与番茄表皮毛的形成、腺体内次生代谢物的积累关系密切,其信号通路上的关键转录因子SlMYC1是表皮毛生长发育的重要调控因子。雷帕霉素靶蛋白(TOR)是植物生长发育的核心调控元件,本实验室前期研究表明,TOR能调控番茄表皮毛的生长发育,生物信息学预测分析发现SlTOR启动子上具有SlMYC1顺式作用元件,因此推测JA信号通过SlMYC1调控SlTOR的转录表达,进而调控番茄表皮毛的生长发育。本研究首先通过外施MeJA处理番茄植株及构建SlMYC1瞬时过表达番茄株系,明确JA信号及下游关键转录因子SlMYC1对番茄表皮毛生长及萜烯合成的影响。然后通过外施TOR抑制剂AZD8055及激活剂MHY1485处理番茄植株,确定SlTOR与番茄表皮毛生长及萜烯合成的关系。随后克隆分析SlTOR启动子,通过酵母单杂交技术、GUS染色、酶活性测定及q RT-PCR技术明确SlMYC1与SlTOR的互作调控模式。主要研究结果如下:(1)通过扫描电子显微镜观察,番茄有4种类型表皮毛,分别为Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅵ型和Ⅶ型。(2)通过外施MeJA处理番茄植株,分析番茄表皮毛数量及萜烯的积累情况,萜烯合成酶(SlTPSs)及萜烯合成前体MEP/MVA途径相关基因及SlMYC1的转录水平变化。结果表明MeJA处理显著增加了腺毛的数量,非腺毛数量显著减少;其中Ⅰ型及Ⅲ型表皮毛数量显著减少,Ⅵ型表皮毛数量显著增加;分析萜烯相对含量变化发现,MeJA处理显著增加了(+)-4-Carene、α-Phellandrene、Sabinene、D-Limonene相对含量,δ-Elemene相对含量无显著变化。分析相关基因转录水平变化发现,MeJA处理后SlTPS5、SlTPS9、SlTPS20三个基因转录水平显著上调,SlTPS12、SlTPS39转录水平显著下调;MVA和MEP途径上的基因除SlHMGS3转录水平无显著变化,其它基因转录水平均显著上调;此外显著上调了SlMYC1的转录水平。说明JA信号参与番茄表皮毛形成及萜烯合成的调控。(3)构建SlMYC1瞬时过表达株系,分析SlMYC1对番茄表皮毛的调控。结果表明,在SlMYC1过表达株系中Ⅰ型、Ⅲ型及Ⅵ型表皮毛数量显著增加。萜烯合成酶基因SlTPS5、SlTPS9、SlTPS20、SlTPS39转录水平均显著上调,而SlTPS12转录水平显著下调;MVA及MEP途径上的基因转录水平均显著上调。说明SlMYC1调控番茄表皮毛的生长及萜烯的生物合成。(4)通过TOR抑制剂AZD8055(5μmol·L-1)和激活剂MHY1485(10μmol·L-1)喷施处理番茄幼苗,体式显微镜观察分析番茄茎表皮毛数量及类型变化、GC-MS分析萜烯相对含量变化、q RT-PCR对萜烯合成相关基因转录水平变化进行分析,探究TOR信号对番茄表皮毛生长发育及萜烯合成积累的影响。结果表明,AZD8055处理,番茄表皮毛数量显著增加,腺毛与非腺毛数量均显著增加;分析单种类型表皮毛,Ⅰ型和Ⅲ型表皮毛数量显著增加,但Ⅵ型表皮毛数量显著减少;萜烯(+)-4-Carene、α-Phellandrene、Sabinene、D-Limonene、δ-Elemene的相对含量均显著增加;萜烯合成酶基因除SlTPS12转录水平显著上调外,其他均显著下调;此外显著降低了MEP途径中SlHMGR4、SlAACT2、SlHMGS2的转录水平,增加了SlFPPS1、SlAACT3、SlMDC2、SlMK的转录水平;显著降低了MVA途径中SlCMK、SlIDI1、SlMDS、SlDXR的转录水平,上调了SlDXS2的转录水平,激活剂处理呈相反的变化趋势。说明TOR信号参与番茄表皮毛的生长发育,且可能通过影响萜烯相关基因的转录表达影响萜烯的积累。(5)通过生物信息学分析SlTOR启动子,发现SlTOR启动子上有SlMYC1的结合位点、MYC结合基序,推测JA信号可能通过其核心转录因子SlMYC1与SlTOR互作,调控番茄表皮毛的生长发育与萜烯的合成积累。因此克隆SlTOR启动子,并进行了相关表达载体的构建。(6)通过酵母单杂交、GUS染色及酶活性测定、q RT-PCR揭示SlMYC1与SlTOR的互作调控模式。结果表明,SlMYC1可以直接结合SlTOR启动子;GUS染色及酶活性显示,相比于单转SlTOR启动子,共转SlMYC1和SlTOR启动子,GUS显色显著加深,酶活性显著增强;q RT-PCR结果表明在SlMYC1过表达株系中,SlTOR的转录水平显著上调,而SlMYC1沉默株系中,SlTOR转录水平显著下调。说明SlMYC1通过与SlTOR启动子直接结合并调控其转录表达。
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