摘要
番茄（Solanumlycopersicum）是全球范围内广受欢迎的蔬菜之一，由于其生长周期短、遗传背景清晰且易于分子操作，而成为研究果实成熟的经典模式植物。在番茄果实成熟过程中，果实的质地、风味、香气和颜色均会发生巨大的变化。利用分子生物学和分子遗传学技术手段研究番茄果实成熟的分子机制，可以为番茄果实品质性状的定向改良提供理论基础，同时也对提高番茄耐贮运性具有重要的指导意义。F-box基因家族是植物最大的基因家族之一，其在植物的生长发育中发挥着不可替代的作用。虽然目前有关F-box基因家族的研究已取得一定进展，但主要集中于逆境胁迫，关于果实成熟方面的研究相对较少。因此，研究F-box基因家族成员对果实成熟的影响，对解析F-box基因家族的生物学功能具有重要的意义，也能为番茄果实品质性状改良提供重要的理论依据。本实验室前期对一个光信号相关番茄果实成熟天然突变体ym进行分析，鉴定到一个导致果实成熟表型异常的候选突变基因。本研究从番茄中分离克隆了该基因，并命名为YM1，同时对其进行生物信息学分析。通过构建YM1基因过表达和敲除番茄，分析YM1对果实成熟进程的影响。通过酵母双杂交鉴定其互作蛋白，并利用RNA-seq转录组测序技术分析差异表达基因。主要研究结果如下： （1）YM1基因全长1161bp，定位在8号染色体上。编码386个氨基酸。分子量为43093.56Da，理论等电点PI为8.62，脂肪指数为90.62，带有正电荷残基42个，负电荷残基38个。亲水性平均值为-0.161，为亲水性蛋白。对YM1的蛋白质序列以及同源基因的蛋白质序列进行进化分析，其中番茄YM1与野生种潘那利番茄SKIP25、智利番茄EJD97和番茄SKIP25亲缘关系较近，同属于一个进化分支。对YM1启动子分析表明，YM1启动子中存在多个光响应相关元件：TCT-motif光响应元件和LAMP-element光响应元件的一部分。对YM1基因保守结构域分析，表明YM1含有1个植物F-box超家族结构域。 （2）YM1基因的组织表达模式分析表明，YM1基因在叶片中表达最高，其次是根和花器官，在茎和果实中表达量相对较低。 （3）烟草叶片瞬时表达的亚细胞定位观察表明，YM1定位于细胞核。 （4）利用农杆菌介导的遗传转化获得YM1过表达植株OE-YM1-1和OE-YM1-4。与野生型（WT）相比，过表达株系果实延迟转色，叶绿素含量升高，类胡萝卜素含量降低。此外，过表达株系果实纤维素和原果胶含量升高，果胶裂解酶活性降低。这些证据均表明过表达YM1能够延迟番茄果实成熟进程。 （5）通过酵母双杂交试验分析YM1与GLK2之间的互作关系，结果表明YM1与GLK2存在互作关系。 （6）利用RNA-seq转录组测序分析差异表达基因，结果表明YM1过表达番茄果实和野生型番茄果实在橙黄期时差异基因总数为3197、上调基因数为1908、下调基因数为1289。其中有27条差异表达基因注释到果实成熟，20条差异表达基因注释到类胡萝卜素生物合成。 综上所述，本研究初步明确了YM1基因在番茄果实成熟中的功能，为深入揭示番茄果实成熟分子调控网络奠定了基础，也为今后番茄果实品质性状的遗传改良提供了崭新的思路。
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