番茄SlPYLs基因家族功能分析

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在全球范围内,非生物胁迫是自然界中影响植物发育并造成农作物减产的主要原因之一。作为一种十分重要的经济作物,番茄的产量会受到如干旱高温等非生物胁迫的严重威胁。所以,研究番茄响应逆境胁迫的信号转导机制并用来降低非生物胁迫对其产量的影响具有十分重要的意义。  脱落酸(ABA)是一种重要的逆境激素,参与并调控植物应对多种生物和非生物胁迫的生物学过程。ABA的信号转导机制在模式植物拟南芥中已经研究得相对清楚了。通常来说,在干旱和盐胁迫条件下,伴随着植物体内ABA含量的升高,ABA会结合一类PYR/PYL/RCAR的ABA受体,这种结合使得这类受体的构象发生改变,进而加强与2C型蛋白磷酸酶(PP2C)结合的能力并抑制其功能,在PP2C功能受到抑制的情况下,Snf-1相关蛋白激酶2(SnRK2)通过自身磷酸化激活,有活性的SnRK2磷酸化下游的靶蛋白,介导了ABA信号的转导。已有研究表明在番茄体内也存在PYR/PYL/RCAR家族的同源基因,它们是否在ABA信号转导途径中发挥功能,与拟南芥同源基因在功能上是否存在差异目前尚不清楚。因此,我们以这些基因为研究对象,对其在番茄中可能起的功能进行了初步的探讨。  本研究首先检测了番茄中12个SlPYLs家族成员,2个SlPP2Cs家族成员和6个SlSnRK2s家族成员,以及ABA信号通路中的一些响应基因对ABA、干旱和盐的响应情况,结果表明只有SlPYL8在ABA处理后表达量显著上升,这一情形与拟南芥中PYL8相似,在拟南芥中只有PYL8的单突变体在根上有表型,于是我们选取了SlPYL8,和在表达量上对ABA不敏感的SlPYL4a进行详细的研究。  研究发现,SlPYL4a在番茄中拥有两个不同的转录本SlPYL4a.1和SlPYL4a.2,SlPYL4a.2比SlPYL4a.1多出183个碱基,我们分别对SlPYL4的两个转录本构建GFP融合载体,检测其亚细胞定位情况,我们发现SlPYL4a的两个翻译产物都定位于细胞核与细胞质中。同时我们又在拟南芥中分别过量表达了番茄的SlPYL8、SlPYL4a.1及SlPYL4a.2,结果表明,与野生型相比,在过表达植株中ABA信号途径下游基因RD29A出现了显著上调,过表达植株在萌发和萌发后生长阶段表现为对ABA更加敏感。此外,在pyl1/4/8三突变体中分别过量表达SlPYL8、SlPYL4a.1及SlPYL4a.2能够部分回复突变体在萌发和萌发后生长阶段对于ABA不敏感的表型。同时,拟南芥和番茄中分别过表达SlPYL8、SlPYL4a.1及SlPYL4a.2的转基因植物还表现出对干旱更强的耐受能力。分别检测ABA信号通路中的关键成员ABI1、SnRK2.6和RD29A在番茄和拟南芥过表达株系中的表达量,发现番茄中存在一种反馈调节机制。  综上,我们的研究结果都表明SlPYLs家族成员SlPYL8、SlPYL4a.1和SlPYL4a.2参与调控了ABA信号通路,通过正向调控ABA信号通路参与了番茄对于逆境胁迫响应的过程。这些研究结果为ABA信号转导途径调控番茄抗逆性网络提供了新的知识积累,同时也为SlPYLs基因在ABA信号转导途径中的功能分析提供了研究基础和理论依据。
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