番茄SlGDSL和SlHMG1基因参与花柄脱落的机理分析.pdf
摘要
植物器官脱落是植物器官和母体脱离的自然现象，它与植物的发育、胁迫应
答以及农作物农艺性状的改良、驯化都是密切相关的。器官发生脱落的部位叫做
离区，离区的发育又涉及到了多种基因的参与，这个调控过程精细而复杂。发生
于离区的脱落过程涉及到了多个步骤，目前尚没有完善的脱落调控网络，并且前
期的研究多集中于转录因子功能的解析，对重要酶类的研究稍显不足。
番茄是研究离区发育和脱落过程的良好模式生物，前期，我们在对番茄花柄
离区发育的分子机理进行研究时发现，番茄MADS-Box基因家族中的J、SLMBP21
和MC会形成蛋白复合体来共同调控番茄离区的形成。在对无离区和有离区的花
柄进行转录组测序分析时发现，一个GDSL家族基因以及一个HMG1家族基因
可以同时被J、SLMBP21和MC正调控，并且在离区特异性表达，但这些成员
的生物学功能还未见报道。因此我们推测它们有可能会参与番茄花柄的脱落过程。
我们把番茄作为研究材料，从多个方面展开了研究，分析了番茄SlGDSL和
SlHMG1基因的功能，实验结果如下所示：
1.通过生物信息学手段进行了对两个家族基因的深入分析，我们确认了这
两个基因所编码蛋白的关键结构域，运用CRISPR/Cas9基因编辑技术，我们设
计了针对这两个基因关键位点的gRNAs，成功构建了这两个基因的编辑载体，
通过对番茄进行转化，获得了这两个基因的编辑突变体，分别命名为slgdsl和
slhmg1，发现SlGDSL基因突变引起了番茄花柄自主脱落能力的降低，以及脱落
进程的延迟；而SlHMG1基因突变导致雄性不育，因此获得的转基因植株的数量
相对较少。根据以上实验结果，我们将后续的研究重点放在了SlGDSL基因上，
进一步探究其在花柄脱落过程中的作用机制。
2.接下来分析了SlGDSL基因在花柄自然脱落过程中的表达模式，通过实时
荧光定量PCR技术分析了SlGDSL基因在花柄不同组织以及不同时期表达量的
变化，发现开花之后该基因会一直特异表达于花柄的离区。为进一步明确SlGDSL
基因发挥作用的组织和位置，我们选取了SlGDSL基因ATG前3000bp序列，
对其启动区进行了预测并得到了三个核心启动区，启动子序列长为1480bp，并
利用了pCAM3301载体构建pSlGDSL::GUS启动子报告基因融合表达载体，以-
野生型番茄（MicroTom）为遗传背景，通过番茄转化来获得SlGDSL基因的启动
I
子分析转化植株。
3.最后对SlGDSL基因参与花柄脱落过程的机理展开了研究，首先构建了
SlGDSL-p1305亚细胞定位载体，在胞间质中检测到了GFP信号，说明SlGDSL
蛋白可能是在胞外发生作用的；接下来通过从脱落的第二阶段和第三阶段中选取
了三类标志性基因来分析SlGDSL基因会在花柄脱落过程的哪个阶段发挥作用，
通过基因表达变化分析得到，在花柄脱落过程中，这些标志基因在slgdsl突变体
和WT植株中的表达趋势是一致的，因此我们推测SlGDSL基因编码蛋白发挥作
用的时间节点可能是在脱落进程比较靠后的时候。
综上所述，经过研究我们成功地利用基因编辑技术获得了两个基因的突变体，
并发现了SlGDSL基因会参与并调控番茄花柄脱落过程，以及SlGDSL蛋白有可
能会在脱落的后期发挥作用，然而其具体调控机理仍需进一步深入探究。GDSL
家族蛋白具有多种功能，可能通过去乙酰化或角质聚合反应影响细胞壁或角质层
的代谢。未来的研究将集中在探究SlGDSL蛋白是否通过类似的功能影响脱落过
程，或者是否以其他方式参与调控。这项研究为我们拓展了番茄花柄脱落调控网
络，并为番茄的定向分子育种提供了更多功能基因信息。此外，对脱落过程中重
要酶类和代谢物的研究也有助于促进新型脱落调节剂的开发。
关键词：番茄；SlGDSL；SlHMG1；器官脱落；离区
II
目录
摘要I
ABSTRACTIII
第一章绪论1
1.1植物器官脱落1
1.1.1植物器官脱落概述1
1.1.2调节离区发育信号途径的多样性2
1.1