月季RhERF001影响花瓣脱落的转录调节机理解析

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月季是世界第一大切花,占世界切花贸易总额的33%,经济价值极高。月季花瓣过早脱落会缩短观赏期,严重影响花朵的观赏品质。因此,延缓花瓣脱落的保鲜技术研发和不易脱落的品种培育一直是全世界月季花卉工作者长期努力的目标。已经明确,花瓣脱落受到乙烯等激素的调节,但是激素对花瓣脱落的分子生理机制远未解明。本研究以易脱落的品种‘Golden Shower’、不易脱落的品种‘Gold Medal’和‘Samantha’为试材,探讨乙烯信号转导组分——RhERF001基因,在花瓣离区的表达特性、对花瓣脱落的影响以及在花瓣脱落过程中的作用机理。主要结果如下。(1)通过对三个供试品种花瓣离区的解剖学观察,明确了月季花瓣离区细胞在花瓣脱落过程中形态变化。三个品种共同的趋势是:花朵开放级数为0级时离区细胞为圆形;开放级数为1级时变为长方形;而后在脱落即将发生时,细胞壁出现松弛,胞间层呈现降解,细胞由长方形逐渐变为圆形。不同品种间离区发育在时间上存在差异:易脱落品种‘GoldenShower’在3级时离区出现断痕,‘Gold Medal’在5级时才能看到断痕,而‘Samantha’在6级时还看不到明显的断痕。据此推测,‘Samantha’花瓣脱落启动的时期是在花朵开放4级,离区分离是在花朵开放6级后。(2)通过‘Golden Shower’和‘Gold Medal’在离区发育中的转录组分析,筛选出多个与脱落进程相关的基因。其中RSA41424基础表达量较高,在花朵开放1-3级高表达,4级时明显降低,5级后几乎不能检测到。且该基因在离区中有明显的组织特异性。通过蛋白分析将其命名为RhERF001。(3)采用病毒诱导的基因沉默(VIGS)方法分别在‘Gold Medal’切花和‘Samantha’幼苗中对RhERF001的生物学功能进行鉴定。发现在RhERF001沉默的‘Gold Medal’切花中,与TRV2对照相比,花朵开放速度基本一致,但花瓣脱落的速度被明显加快,对照组脱落时间在第6-9天,沉默组在6-7天,平均缩短2天。在RhERF001沉默的‘Samantha’植株中,与对照组花瓣脱落时间在花朵完全开放后第10天,沉默组在花朵完全开放后第6天,平均缩短4天。由此表明,RhERF001对月季花瓣脱落起到显著的抑制作用。(4)对‘Samantha’RhERF001沉默植株与TRV2对照植株的花朵进行RNA-Seq分析,获得1400个差异表达的下游基因,包括55个转录因子、64个蛋白激酶、982个功能蛋白。其中,重点检测了转录因子RhERF4和功能蛋白基因RhBGLA1。通过启动子分析、酵母单杂、双荧光素酶报告系统验证上下游结合,证明RhERF4又是RhBGLA1的直接上游。同时,通过免疫组织化学和电镜观察的方法,观察了‘Samantha’幼苗沉默样本与对照样本花瓣离区中果胶的含量和维管组织的通透性。结果显示,与TRV2对照相比,沉默样本离区中非甲酯化果胶含量更低,且维管组织被堵塞更严重。这些结果表明,RhERF001可能通过调节花瓣离区中果胶降解和维管组织的通透性来调节月季花瓣的脱落进程。综上所述,RhERF001基因是月季花瓣脱落的负调节子。RhERF001基因在花瓣脱落启动后显著降低,通过影响转录抑制子RhERF4的表达,提高RhBGLA1的表达,从而促进果胶的降解,最终加速花瓣的脱落进程。
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