VvmiR397a应答GA信号调控葡萄果实木质素积累的分子机制

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葡萄是赤霉素[Gibberellin(GA)]高度敏感的树种,GA可高效诱导葡萄无核,同时也抑制葡萄果实木质素的合成。DELLA作为GA信号通路中释放GA、传递GA信号的核心作用元件,在GA调控植物生长发育的过程中发挥了重要的负反馈调节作用。miR397a及其靶基因漆酶[Laccase(LAC)]是木质素单体聚合过程中最重要的酶,但VvmiR397a在GA诱导葡萄无核及木质素含量降低的信号通路中的功能和分子机制尚不清楚。本研究以‘魏可,葡萄为材料,分别对未处理果实和GA诱导的无核果实进行体式显微镜观察、生理数据测定、木质素染色和内源赤霉素的免疫荧光定位,并克隆了 VvmiR397a成熟体、前体基因和启动子序列,分析了 VvmiR397a及其靶基因在葡萄果皮、果肉、果刷、果柄和种子中应答外源GA的时空表达特征;此外,对VvmiR397a启动子序列进行GA响应元件和上游转录因子分析,并通过本氏烟草瞬时表达及其在‘魏可’叶片中对多种外源激素的应答分析,确定VvmiR397a上游潜在的转录因子;最后,对筛选出来的上游VvWRKY26转录因子和VvSLR1蛋白在葡萄果皮、果肉、果刷、果柄和种子中表达模式的分析,及双荧光素酶实验和酵母双杂实验,并初步明确了 VvmiR397a在GA调控葡萄果实木质素积累过程中的作用机制,主要研究结果如下:1.外源GA3处理对葡萄果实形态发育及生理指标的影响:1)利用体视显微镜观察GA3诱导的‘魏可’葡萄无核果实动态发育过程,发现赤霉素诱导‘魏可’葡萄无核化效果显著,无核率达到98%左右。花后8天是GA3诱导‘魏可’葡萄无核化的关键时期,此后其体积不再增加、颜色偏淡,黑点区域逐渐扩大并发生整体皱缩。2)GA3诱导葡萄无核的同时,葡萄果刷仅剩两条与周缘维管束相连的维管束,未形成与种子相连的维管束,果柄也比未处理的粗壮。木质素染色结果显示,花后25天种子的种皮开始积累木质素,GA3处理后果柄中木质素含量明显增加。3)内源赤霉素免疫荧光定位显示,正常发育的果实中内源赤霉素集中在种皮和种胚,但GA3诱导的无核果实则分布在整个果实中。2.VvmiR397a及其靶基因的鉴定及时空表达特征分析:1)以‘魏可’葡萄为试材,克隆并鉴定了 VvmiR397a成熟体序列、前体基因和启动子序列。2)利用RLM-RACE 和 PPM-RACE 验证了 VvmiR397a对 VvLAC4、VvLAC7、V、vLAC11VvLAC14和VvLAC17的裂解作用。3)时空表达分析结果显示,VvLAC14是种子中主要的VvmiR397a靶基因,VvLAC4是果刷和果柄中的主要调控木质素单体聚合的靶基因。3.GA-VvSLR1-VvW RKY26-VvmiR397a-VvLAC4/14信号通路的识别:1)VvmiR397a启动子具有活性,且700bp的启动子区域中含有多个GA相关响应元件,可响应GA信号。2)双荧光素酶实验发现受GA调控的VvWRKY26可与VvmiR397a启动子结合并抑制其活性。3)酵母双杂实验证实VvWRKY26蛋白与VvSLR1蛋白(DELLA蛋白)存在互作关系。4.VvmiR397a的功能分析:1)通过过表达VvmiR397a异源转化烟草,发现转基因烟草较野生型明显矮化、木质素含量降低、茎秆变细、叶片变细长和果荚变小。2)VvmiR397a-OE转基因烟草中VvmiR397a靶基因的同源基因的表达量明显下降,这表明VvmiR397a:VvLACs在调控植物的木质素积累过程中扮演了极其重要的角色。
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