番茄SlARF6基因的分离、表达特征分析及遗传转化

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生长素在植物的生长和发育过程中起着关键的作用。ARF(Auxin Respone Factor)是生长素信号转导途径中的关键因子,它可以与生长素反应基因启动子区域的生长素反应元件结合,启动或是抑制下游基因的转录。因此研究生长素反应因子对番茄单性结实,改善果实品质具有重要意义。本研究选用模式植物番茄作为研究对象,主要研究SlARFs和部分生长素反应基因在番茄坐果与果实发育过程中的时空表达特性,探索了外源激素处理对SlARFs表达的影响,构建SlARF6的RNAi植物表达载体并进行转基因工作,获得了番茄转基因植株。本研究旨在探讨生长素调控植物果实发育的分子机制,为在生产上解决番茄坐果不良等问题寻求重要理论依据。主要研究结果如下:1)从番茄数据库中查找到一个疑似番茄ARF6的EST (Expressed Sequence Tag)片段,在NCBI里BLAST后发现,此片断与番茄ARF8有76%的相似性,与拟南芥ARF6有78%的相似性,初步判定此片断为番茄ARF6。依据此EST设计引物进行PCR扩增反应,并利用同源基因扩增的方法成功分离出一条新的番茄ARF的cDNA全长,命名为SIARF6 (Solanum lycopersicum Auxin Response Factor 6, SIARF6),递交该序列至GenBank数据库,登录号为:HM594684。其cDNA全长3036 bp,最大开放阅读框(Open reading frame, ORF) 2607 bp,编码868个氨基酸。氨基酸序列分析显示其有典型的ARF蛋白结构特征,位于N端的DNA结合域(117-219氨基酸),位于C端的二聚化区域(735-817氨基酸)和位于中间的谷氨酸富集区域(444-557氨基酸)。此外,我们还分离了此基因的DNA全长5960 bp和部分启动子序列1330bp,其DNA序列包含12个外显子和11个内含子。2)实时定量聚合酶链式反应(QRT-PCR)分析SlARFs及生长素反应基因的时空表达表明,SIARF2、SIARF4、SlARF6、SIARF8、SIARF7、IAA1、IAA9、GH3和SAUR具有组成型表达的特点,在不同组织(萼片、花瓣、雄蕊、子房、叶、茎、根)中都可检测到转录本积累。在番茄坐果和果实发育前期,SIARF2、SlARF4、SIARF6、SlARF7和SIARF8的表达随着花发育而上升,授粉后降低。如果在开花前进行去雄处理,SIARF2.SIARF6、SlARF7和SIARF8的表达仍居高不下,但SIARF4的迅速下降。这证明授粉下调SIARF2、SIARF6、SlARF7和SIARF8的表达,这四个基因与番茄坐果相关,可能是坐果的负调控因子。3)用外源激素(GA3、IAA、NAA和2,4-D)处理去雄后的番茄子房,刺激子房直接发育成无籽果实。利用QRT-PCR分析比较处理2、4、6天后的子房中SIARF2、SIARF4、S1ARF6、SIARF8的表达变化,结果显示SIARF2、SIARF6和SIARF8的表达下调,SlARF4的表达上调。4)构建了SlARF6的RNAi植物表达载体。首先克隆得到CaMV35S启动子片断将其连接入双元载体pCAMBIA1301,构建载体pCAMBIA1301-35S作为空载对照。然后成功分离SlARF6正义、反义片段,把它们连接到已构建好的pCAMBIA1301-35S载体上,最终经双酶切、菌液PCR和测序多种手段证实载体构建成功,命名为pCAMBIA1301-35S-SlARF6通过“冻融法”将pCAMBIA1301-35S和pCAMBIA1301-35S-SlARF6导入农杆菌。根据己建立的高效番茄遗传转化体系,利用农杆菌介导的方法将SlARF6干涉表达载体导入番茄中。经PCR检测验证,目前已成功获得了8个潮酶素抗性株系,其中转干涉载体株系5个,转空载对照株系3个。目前转基因工作仍在继续,得到的抗性株系正在观察。
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