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光调控茄子花青素合成途径中SmCDF2的功能研究

胡艺伟  
【摘要】:茄子(Solanum melongena.L)是少有的紫色蔬菜,其果实含有多种营养成分。我国是目前世界上茄子种质资源最丰富的国家之一。茄子果皮中含有大量花青素,是人类补充天然花青素的优质来源。花青素是一种天然的类黄酮类水溶性色素,它具有卓越的抗氧化性,以及抵抗癌症、保护心血管、抗炎和抗过敏等多种保健功效。花青素合成途径由多种酶共同参与组成,将苯丙氨酸经过多步反应转化成稳定的花青素,参与这个过程的有Sm CHS、Sm F3H等重要结构基因和众多调控基因。茄子的花是两性花,其开花过程中的调控机制受外界光的诱导,光周期途径通过光受体等感知外部信号,通过基因调控网络,将信号传递至开花相关结构基因,实现对植物开花的调控,FT基因在其中起到重要的作用。Dof家族基因和BBX家族基因都具有调控黄酮类物质合成和调控开花的生理功能。本实验以光响应表达模式中表达量随光照变化而变化的基因中选取的Dof家族的SmCDF2(Cycling Dof Factor)基因以及BBX家族的SmCOL4、SmCOL5(CONSTANS-like)基因为实验对象,进行一系列实验,并着重探究SmCDF2在茄子花青素生物合成途径和开花响应中的生物学功能。得到以下实验成果:1、实验克隆出SmCDF2基因。生物信息学分析表明SmCDF2蛋白的编码区长度为1578bp,可编码525个氨基酸,其蛋白分子量为57.19KD,理论等电点为6.01。组织表达特异性分析发现SmCDF2蛋白在花中的表达量最高。亚细胞定位确定了SmCDF2定位在细胞核中。2、酵母单杂实验结果表明,SmCDF2能与Sm F3H、Sm FT的启动子结合。双荧光素酶报告实验发现,SmCDF2可正向调控Sm F3H和Sm CHS的表达。通过拟南芥遗传转化实验和花青素含量测定得知,SmCDF2过表达的拟南芥植株花青素含量显著高于野生型,并且开花时间也显著晚于野生型。通过实时荧光定量PCR实验,发现过表达植株中At F3H、At CHS的表达量显著高于野生型,而Sm FT的表达量则远低于野生型,说明SmCDF2蛋白通过正调控Sm F3H和Sm CHS的表达促进花青素生物合成,通过负调控Sm FT的表达抑制植株的开花响应。3、克隆出SmCOL4、SmCOL5基因。酵母双杂和酵母单杂实验发现,SmCOL4、SmCOL5蛋白与SmCOP1蛋白互作,说明SmCOL4、SmCOL5的功能受到光的调控;SmCOL4能与Sm F3H、Sm CHS、Sm FT的启动子结合,SmCOL5能与Sm F3H、Sm FT的启动子结合,可合理猜测二者在接收到光受体信号后参与植物花青素生物合成和开花响应的调控途径。


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