转录因子SlGT30对番茄果实着色和成熟进程的调控初探

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Trihelix转录因子家族是一类具有trihelix DNA结合保守结构域的植物特有的转录因子家族,因为具有与光响应GT元件(GGTTAA/GTGTGTGAA)结合的特异性,也被称作GT转录因子。近年来,GT转录因子家族在植物生长发育和抗逆性中发挥的重要作用得到了研究,但是,GT家族转录因子在果实成熟过程中的作用尚未被报道。本文鉴定得到了在番茄(Solanum lycopersicum)成熟果实特异性高表达的SlGT30,并展开了 SlGT30转录因子的功能研究。主要结果如下:1.番茄SlGTs转录因子表达模式分析。根据Heinz 1706番茄转录组数据,分析了番茄中36个GT转录因子在不同组织和不同果实发育阶段的表达模式,其中9个番茄GT转录因子在果实中有较高水平的表达,SlGT30呈现出成熟果实特异性高表达。2.SlGT30 RNAi和CRISPR株系获得。为了研究SlGT30的基因功能,展开了SlGT30沉默和敲除工作,获得了 6个独立的SlGT30 RNAi株系,SlGT30基因表达抑制效果为30%~75%;获得了 2个独立的SlGT30 CRISPR株系,分别在SlGT30第2个外显子区域删减了 136个和110个碱基,导致蛋白翻译提前终止。3.SlGT30调控果实着色但不影响果实成熟进程。对SlGT30 RNAi和CRISPR果实展开了表型分析。与野生型相比,SlGT30 RNAi果实呈现更深的红色;总类胡萝卜素含量为103.31 μg/g,与野生型的89.81 μg/g相比增加了约15%;番茄红素含量为86.76 μg/g,相对野生型的72.69 μg/g增加了约20%;但成熟所需天数没有差异。SlGT30 CRISPR果实表型与SlGT30 RNAi的相一致,且成熟果实的硬度与野生型相比也没有差异。此外,SlGT30CRISPR转录组分析显示,SlGGPPS2、SlPPH和SlPYP1等类胡萝卜素积累相关基因在SlGT30 CRISPR果实中被显著诱导;启动子顺式作用元件分析表明,SlGGPPS2和SlPPH的启动子序列均含有2个GT元件,推测为SlGT30调控类胡萝卜素的靶标基因。4.SlGT30调节果实糖积累。与野生型相比,SlGT30 CRISPR两个株系成熟果实的总糖含量分别降低15%和9%,而苹果酸和柠檬酸含量没有明显差异。转录组分析显示,SlGT30 CRISPR果实中,糖代谢相关基因SlSUS1被显著抑制,糖转运相关基因SlSWEET1a被显著诱导;启动子顺式作用元件分析表明,SlSUS1的启动子含有1个GT元件,SlSWEET1a的启动子序列含有2个GT元件,这两个基因可能是SlGT30影响糖水平的调控靶标。综上所述,本研究通过分析番茄中36个GT转录因子在不同组织和不同果实发育阶段的表达模式,鉴定得到在番茄成熟果实特异性高表达的SlG730;通过RNAi和CRISPR基因沉默技术研究了SlGT30的基因功能;结合转录组分析和启动子顺式作用元件分析鉴定了SlGT30作用的潜在靶标基因;SlGT30是第一个被鉴定与果实成熟过程有关的GT家族转录因子。
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