細胞分裂素受體基因在果實發育中功能的研究

《細胞分裂素受體基因在果實發育中功能的研究》是丁靜為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。

基本介紹

• 中文名：細胞分裂素受體基因在果實發育中功能的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：丁靜
• 依託單位：南京農業大學

項目摘要

草莓果實營養豐富，栽植經濟效益顯著。提高產量是草莓品種培育的核心目標之一。細胞分裂素（CKs）在果實的生長發育過程中具有重要的作用。闡明果實發育過程中CKs的功能及調控機制對提高草莓產量具有重要的意義。CK受體是CKs信號接收和傳導的關鍵。其功能的研究，對揭示CKs功能極為重要。CK受體間存在功能冗餘，但各自的主要作用不同。因此，本項目擬分別構建草莓CK受體的單/雙、雙/三、四基因的RNAi沉默轉基因株系，專一地沉默果實中部分或全部受體的功能；獲得沉默轉基因株系後，選取5個發育階段，利用顯微等技術記錄由CK受體沉默引起的花托和瘦果的生長發育變化；利用qRT-PCR、原位雜交和轉錄組測序檢測CKs相關和細胞分裂關鍵基因的表達模式；考查CKs在轉基因株系中的濃度變化；從而初步揭示草莓果實發育過程中，CKs在果實發育中的功能，並為改良草莓果實的性狀提供理論基礎。

結題摘要

細胞分裂素在植物生長發育過程中具有重要的作用。細胞分裂素受體是細胞分裂素信號接收和傳導的關鍵。本項目通過構建森林草莓細胞分裂素受體基因的轉基因干擾株系，發現干擾受體基因FveHK4導致植株果實敗育，而干擾其他受體基因植株育性正常。通過野生型花粉授精、花粉活性染色、萌發實驗和掃描電鏡觀察，發現FveHK4-RNAi株系的果實敗育是由於花粉不育造成的。通過對花粉四分體時期直至成熟期各發育階段的石蠟和透視電鏡切片觀察，發現花粉敗育很可能起始於單核花粉期的絨氈層細胞降解推遲。實時定量PCR的結果顯示，FveHK4受體基因被干擾後，胼胝質合成基因等花葯發育關鍵基因表達發生變化，從而導致花粉敗育。該發現為草莓育苗過程中使用細胞分裂素引起雄性不育的問題提供了可能的解釋，並為進一步揭示細胞分裂素引起雄性不育的分子機制打下了基礎。細胞分裂素是延緩植物葉片衰老的最重要的激素。而本項目發現，FveHK4-RNAi株系的離體葉片在黑暗條件下的衰老速度明顯慢於野生型株系。這一發現與傳統理論不一致，為進一步研究細胞分裂素延緩離體葉片衰老的分子機制提供了特殊材料。同時轉錄組數據顯示，FveHK4-RNAi株系葉片衰老的延緩可能和茉莉酸途徑的下調有關，說明細胞分裂素和茉莉酸在黑暗條件下離體葉片的衰老過程中，可能具有互動作用，為解析這兩種激素在離體葉片衰老中的相互關係打下了基礎。此外，本項目分別鑑定得到森林草莓細胞分裂素合成、降解和信號轉導基因，分析這些基因在森林草莓、擬南芥等物種中的進化模式，在組織器官中的表達模式以及對乾旱、鹽等非生物脅迫和脫落酸處理的回響模式，為研究這些基因及細胞分裂素在草莓生長發育及脅迫回響中的作用提供支持。本項目還鑑定得到森林草莓果實成熟過程中最重要的激素脫落酸的合成基因（FveNCED），並發現3個FveNCED基因在草莓果實發育和非生物脅迫回響中分別具有不同的功能，為進一步解析草莓果實的成熟機制打下基礎。