植物激素在草莓果实发育和成熟过程中的协同调控

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植物激素调控植物生长发育的整个生命周期,自种子萌发开始,到种子收获为止,植物生长发育过程中的所有细胞生物学事件和代谢事件均受到植物激素的调控。果实作为人类重要的食物来源,具有巨大的经济价值。果实的成熟是由一系列复杂的生物学事件构成,涉及色素积累、风味形成、质地改变以及香气产生等多种生理和代谢进程的改变。果实成熟的调控绝不仅仅局限于单一激素调控或者特定发育阶段调控,多激素调控的复杂网络共同作用,最终调控果实发育和成熟的各个方面。草莓是重要的果树作物,同时也日渐成为研究非呼吸跃变型果实成熟机理调控的模式材料。以往的研究表明,生长素(Auxin,IAA)、脱落酸(Abscisic acid,ABA)、油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)和乙烯(Ethylene,ET)均参与了草莓果实发育和成熟调控。但到目前为止,我们对这些激素在草莓果实成熟调控中的相对重要性,以及这些激素如何协同调控草莓果实发育和成熟仍知之甚少。为此,本论文通过一系列生理和分子技术,对多种激素在草莓果实发育和成熟调控中的协同作用机制进行了研究。主要结果和结论如下:药理学试验结果显示,通过注射和喷施方法进行生长素和茉莉酸处理,草莓果实成熟分别受到抑制和促进,表明IAA和JA分别是草莓果实成熟的负调控和正调控信号,然而无论注射还是喷施ABA,草莓果实成熟进程均未受到明显影响;为深入揭示ABA在草莓果实成熟调控中的作用,我们进一步利用一种新的方法—压力室法对草莓果实进行了 ABA处理,结果显示ABA参与了草莓果实成熟的调控,推测ABA对草莓果实成熟的调控有可能不是通过直接作用于果实,而通过抑制瘦果中IAA向果实中的运输,间接影响了果实发育和成熟;为了深入研究激素之间的相互作用,我们分析了草莓果实成熟相关基因对激素和光诱导的响应情况,结果表明,光对花青素的含量变化起重要作用,ABA和光信号能够共同诱导色素积累关键转录因子FaMYB10的表达,ABA和光信号协同作用促进草莓果实色素积累;进一步的研究表明,茉莉酸通过调控一系列成熟相关基因,如DFR、PAL1、GST、UFGT、F3H、CHI、CHS、PL、PE、PG、EG1、Cell、XTH1 等调控草莓果实的成熟;在草莓果实中瞬时超表达茉莉酸受体基因FaCOI1,结果发现超表达FaCOI1促进果实成熟以及成熟相关基因的表达,说明JA在草莓成熟过程中起关键作用。综上所述,本研究表明IAA,JA和ABA可以协同调节草莓果实成熟,且JA在草莓果实成熟的调节中起主要作用。
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