控制茄子果型相關(guān)性狀關(guān)鍵基因的克隆及功能研究.pdf

1、茄子（Solanum melongena）是亞洲及非洲等地區(qū)廣泛種植的重要蔬菜作物，其種質(zhì)資源豐富，具有豐富的果型多態(tài)性，是研究果實(shí)形狀的理想材料。本研究以同源克隆技術(shù)為手段，在模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）和番茄（Solanum lycopersicum）的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的基因組數(shù)據(jù)，從基因家族和單基因不同角度，克隆了茄子中控制果實(shí)形狀的YABBY家族基因、SmOvate基因和SmWOX13基因，并系統(tǒng)地

2、進(jìn)行了基因功能分析及其對(duì)茄子果型的影響，不僅可以完善果型控制相關(guān)理論，對(duì)茄果類作物育種也具有重要意義。
　　1）由于茄子尚無(wú)基因組數(shù)據(jù)，從基因家族角度分析茄子非常困難。番茄和茄子都屬于茄科茄屬植物，研究親緣關(guān)系較近且具有基因組信息的番茄 YABBY基因家族可以為茄子中YABBY基因家族在果實(shí)形狀控制上的研究提供重要依據(jù)。以YABBY結(jié)構(gòu)域?yàn)榉N子序列掃描番茄基因組，找到9個(gè)家族成員。在24個(gè)已測(cè)序的物種中，除低等植物沒有成員外，其它

3、物種YABBY成員數(shù)目較穩(wěn)定。番茄、擬南芥和水稻家族成員系統(tǒng)發(fā)生樹表明，該基因家族具有5個(gè)分支，但在每個(gè)分支的數(shù)目上物種間有所不同。在2心室小番茄和多心室大番茄不同組織的基因表達(dá)分析中發(fā)現(xiàn)，僅SlYAB5b參與葉發(fā)育調(diào)控，而其它8個(gè)基因均參與調(diào)控花和果實(shí)的發(fā)育。其中，有的基因（SlD）具有正調(diào)控作用，而有的基因（SlFAS、SlYAB1和SlINO）則具有負(fù)調(diào)控作用。
　　2）以番茄YABBY家族基因?yàn)閰⒖夹蛄型纯寺～@得5個(gè)茄子

4、YABBY基因分別是：SmYAB2、SmYAB3、SmFAS、SmCRC和SmYAB5。系統(tǒng)發(fā)生樹分析表明，這5個(gè)茄子YABBY基因分布于YAB1/3、YAB2、CRC和YAB5四個(gè)分支，YAB2分支中包含SmFAS和SmYAB2兩個(gè)基因。通過(guò)基因組序列克隆發(fā)現(xiàn)各個(gè)成員的基因結(jié)構(gòu)與番茄中所對(duì)應(yīng)基因相似，僅內(nèi)含子大小具有差異。分別對(duì)各個(gè)基因在茄子葉、花和果實(shí)中進(jìn)行表達(dá)量分析，發(fā)現(xiàn)該家族基因表達(dá)峰值與果實(shí)發(fā)育密切相關(guān)。五個(gè)茄子 YABBY基

5、因編碼的蛋白都定位于細(xì)胞核，說(shuō)明該家族基因可能行使轉(zhuǎn)錄因子功能。以病毒誘導(dǎo)基因沉默方式，對(duì)茄子YABBY家族單個(gè)成員分別進(jìn)行基因沉默，結(jié)果表明SmFAS和SmYAB5在控制果實(shí)寬度上影響最大，其次為SmCRC，而SmYAB3和SmYAB2表型不明顯。
　　3）基于番茄ovate基因序列克隆了茄子SmOvate基因，并對(duì)基因的編碼序列、內(nèi)含子序列、外顯子序列以及基因表達(dá)量在圓形和長(zhǎng)形栽培茄子中進(jìn)行了對(duì)比分析。在兩類茄子1077 bp

6、編碼序列、467 bp內(nèi)含子序列和1494 bp啟動(dòng)子區(qū)域中，沒有找到與茄子果實(shí)形狀直接相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)或其它重要序列差異。但在對(duì)比圓形和長(zhǎng)形茄子基因表達(dá)差異時(shí)發(fā)現(xiàn)，該基因在開花階段已存在表達(dá)差異，并且于開花后第5天差異最為顯著。以多物種的 Ovate序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)生樹表明，SmOvate基因與擬南芥OFP7距離最近。亞細(xì)胞定位研究表明SmOvate蛋白位于細(xì)胞核。并且通過(guò)酵母雙雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SmOvate與SmKnox存在互

7、作關(guān)系，可能與擬南芥中形成Ovate-Knox蛋白復(fù)合體相類似，可進(jìn)一步調(diào)控下游具有催化作用的GA20ox1基因表達(dá)以影響果實(shí)發(fā)育。
　　4）WUSCHEL基因在植物發(fā)育中起著非常關(guān)鍵的作用，該基因家族編碼的是具有WUSCHEL-related homeobox（WOX）結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子。通過(guò)同源克隆方式獲得茄子該基因cDNA全長(zhǎng)為1233 bp，編碼區(qū)為834 bp，具有3個(gè)外顯子。包括番茄和擬南芥在內(nèi)的 WOX氨基酸序列構(gòu)建的

8、系統(tǒng)發(fā)生樹表明，該基因編碼的氨基酸序列與擬南芥WOX13和番茄WOX8關(guān)系較近。SmWOX13基因與GFP融合形成的蛋白被定位于細(xì)胞核，說(shuō)明該蛋白可能是轉(zhuǎn)錄因子。
　　本研究通過(guò)系統(tǒng)研究控制茄子果實(shí)形狀的基因家族和單基因功能，明確了SmOvate、SmFAS和 SmYAB5基因是控制茄子果型形狀的關(guān)鍵基因，其中 SmOvate基因與茄子長(zhǎng)度相關(guān)，而SmFAS和SmYAB5主要控制茄子果實(shí)的心室數(shù)即粗度，同時(shí)也影響著果實(shí)的長(zhǎng)度，這些