枇杷SAUR家族基因分析及四个SAUR功能初步验证

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枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)是蔷薇科枇杷属植物,其果实大小是重要的品质性状,同时也是产量形成的重要基础,因此一直以来都是枇杷产业研究中的重点,以期突破枇杷低单产高生产成本的产业现状。课题组前期的研究结果也证实细胞大小对枇杷果实膨大的贡献大于细胞数量,同时利用一对果实大小极端差异的姊妹系ZP44和ZP65这两份材料各5个时期果实样品进行RNA-seq,发现多个SAURs的表达变化与细胞膨大及果实大小显著相关,SAUR是生长素早期响应基因之一,目前SAUR在拟南芥、苹果、棉花、柑橘等已有报道,然而在枇杷上尚未展开研究。本研究在完成基因组测序前提下,对枇杷的SAUR家族基因进行了鉴定和分析,克隆得到EjSAUR1、EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38并对其进行序列分析;以果实大小存在明显差异的ZP65、ZP44姊妹株系为试验材料,对果实不同生长阶段的生理特性、细胞学特征进行比较和分析,利用q PCR分析EjSAUR1、EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38在不同组织和果实发育不同时期的表达模式;分析外施IAA条件下EjSAUR1、EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38的响应模式;果实沉默处理后对果实成熟后的性状、细胞学特征进行比较分析,同时分析EjSAUR1、EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38表达水平;转化拟南芥实验的方法初步验证EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38遗传功能。研究结果主要如下:(1)利用拟南芥72个SAUR蛋白质序列在枇杷基因组数据库中(未公开发表)中进行Blast P比对,检测到57个EjSAUR序列。这些基因CDS的范围为267-735bp,预测的蛋白质为88-244aa。在亚细胞定位、EjSAUR染色体定位、EjSAURs系统进化以及表达谱等方面对枇杷SAUR家族基因进行全面的分析,结果表明47个EjSAUR分布在11条染色体上,还有10个EjSAUR未能在染色体上定位,80.9%EjSAURs聚集在枇杷染色体上,这表明基因的串联重复可能是该家族扩增的主要机制。表达谱分析表明,EjSAUR在不同器官中具有不同的表达模式,其中一些基因表现出组织特异性表达模式。以上的结果为进一步研究EjSAUR提供了框架。(2)以ZP65和ZP44为实验材料,分别调查了两份材料果实生长发育动态和它们不同发育时期果实细胞的大小及数量,同时利用q PCR技术分析EjSAUR1、EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38在枇杷不同组织和果实发育不同时期的表达模式,结果表明:除EjSAUR1外,EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38主要在果肉中高表达,同时它们在果实中不同时期表达模式与果实细胞膨大密切相关,这些结果暗示EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38可能参与枇杷果实细胞膨大的调控。(3)外施IAA处理后,发现果肉中EjSAUR23、EjSAUR33、和EjSAUR38表达量上调,而EjSAUR1表达量下降,说明外施IAA能影响EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38的表达,同时,进一步观测果实成熟后的性状表现及果肉切片结果,认为外施IAA可能通过引起EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38表达量的上调从而促进细胞膨大。(4)在果实膨大初期进行VIGS实验,沉默处理后EjSAUR1、EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38表达量下降,同时处理果实成熟后表现为更小的果个,石蜡切片分析也发现相应处理果实细胞面积变小,推测因EjSAUR表达下调而使果肉细胞变小。另外,过表达EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38使拟南芥叶片增大,进一步为EjSAUR23、EjSAUR33和EjSAUR38可能参与细胞膨大提供了证据。
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