全 文 :西北植物学报,2016,36(11):2173-2181
Acta Bot.Boreal.-Occident.Sin.
文章编号:1000-4025(2016)11-2173-09 doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2016.11.2173
收稿日期:2016-08-19;修改稿收到日期:2016-10-31
基金项目:江苏农林职业技术学院院级项目(2014kj15);江苏高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015B173);江苏省自然科学基金
(BK20160567)
作者简介:王媛花(1981-)女,博士,讲师,主要从事园艺植物分子生物学研究。E-mail:wangyuanhua0511@163.com
SlCBL1基因调控番茄果实
成熟发育的分子机理
王媛花1,2,贾思振1,2,颜志明1,2,冯英娜1,2
(1江苏农林职业技术学院,江苏镇江212400;2江苏现代园艺工程技术中心,江苏镇江212400)
摘 要:以番茄(Solanum lycopersicumL.)品种‘Micro Tom’为试材,从其果实中克隆得到番茄类钙调磷酸酶B基
因(Tomato Calcineurin B-Like gene,SlCBL1),构建其带有报告基因的e-GFP 植物表达载体,分析番茄果实中
SlCBL1基因超表达与成熟发育进程的相互关系。结果显示:(1)与对照非转基因植株以及转空载植株相比,转
SlCBL1基因番茄中SlCBL1基因过量表达,而且能够使番茄果实成熟期提前3~5d,表明SlCBL1基因可促进番
茄果实成熟。(2)番茄果实成熟相关基因的表达量也受到不同程度调控,其中番茄成熟过程中的色素合成基因、乙
烯路径基因以及果实成熟相关转录因子都受到强烈的调控,与对照相比表达量分别上调5~10倍。研究表明,
SlCBL1基因能够促进番茄果实成熟,而且通过影响色素合成基因以及果实成熟相关转录因子来调控番茄果实成熟。
关键词:番茄‘Micro Tom’;SlCBL1基因;果实发育
中图分类号:Q785;Q786 文献标志码:A
Molecular Mechanism of SlCBL1Regulation
during Tomato Fruit Development
WANG Yuanhua1,2,JIA Sizhen1,2,YAN Zhiming1,2,FENG Yingna1,2
(1Jiangsu Polytechnic Colege of Agriculture and Forestry,Zhenjiang,Jiangsu 212400,China;2Jiangsu Engineering and
Technology Center for Modern Horticulture,Zhenjiang,Jiangsu 212400,China)
Abstract:With tomato(Solanum lycopersicum L.)variety‘Micro Tom’as test materials,we cloned the
tomato Calcineurin B-Like gene(SlCBL1)from‘Micro Tom’fruitand constructed inplant expression vec-
tor with e-GFP report gene.Then we analyzed the relationship between SlCBL1gene over-expression and
tomato fruit development.The results show that:(1)compared with non-transgenic plants and empty vec-
tor plant,over-expression SlCBL1can promote fruit mature and made tomato fruit mature for 3to 5days
in advance.(2)The expression of tomato fruit development related genes also regulated in different de-
grees.Including tomatoes mature in the process of pigment synthesis genes,the path of ethylene and ripe
related transcription factors have been strongly regulated,and the expression level raised about 5to 10
times compared with control.Results show that SlCBL1gene can promote the fruit development,and by
influencing the pigment synthesis genes and ripe related transcription factors to control tomato fruit ma-
ture.
Key words:tomato‘Micro Tom’;SlCBL1gene;fruit development
类钙调磷酸酶B基因(Calcineurin B-Like gene
CBL)家族是一类钙感应器。CBL基因最初在拟南
芥中克隆出来,同酵母中钙调磷酸酶B和动物中的
神经钙调传感器非常相似,因此被命名为类钙调磷
酸B[1]。后来在玉米、水稻、豌豆、大豆和大麦中也
发现有CBL基因[2-3]。CBL1基因是目前CBL基因
家族中研究得最多的基因,有研究推测其有可能是
植物中执行 Calcineurin B亚基功能的钙结合元
件[4-6]。对CBL1基因的研究大多是关于该基因在
非生物胁迫,包括盐、低温、ABA、干旱中的作用。
近年来,多个物种中的CBL1基因已被成功分离并
进行了功能验证[7-12]。研究发现CBL1基因在不同
逆境胁迫与生长发育过程中呈现不同的表达模式,
是植物逆境信号传导途径中的关键调控节点[13-15]。
但是,目前的研究只能够充分说明CBL1基因
的功能在于调控植物的抗逆性,而CBL1基因对植
物的生长发育的调控研究极少,尤其是对果实的生
长发育调控研究几乎没有。因此,果实中是否有
CBL1基因?如果有,基因功能是什么?是否能够
调控果实的生长发育?这些问题是未来研究CBL1
基因功能的一个新的方向,不仅对深入解析果实发
育及成熟调控的分子机理具有参考价值,同时对深
入理解植物抗逆的机理及其分子改良也具有重要的
意义。
番茄(Solanum lycopersicum L.)是一种重要
的园艺作物,研究番茄的果实成熟发育近年来取得
了最深入系统的成果[16-18]。探讨番茄果实成熟的
调控机制可为定向改善番茄果实品质提供理论依
据。‘Micro Tom’是番茄的矮化突变体,它保留了
普通番茄作为模式植物的基本特征,但植株矮小、生
命周期更短,具有节省研究空间、缩短研究时间的巨
大优势[19]。所以更易于在实验室可控环境条件下
观察,可以进行大量取样记录和拍照,确定番茄果实
成熟发育的进程。本研究克隆了‘Micro Tom’番茄
果实基因CBL1,以番茄‘Micro Tom’为材料转
CBL1基因,使CBL1基因在番茄果实中过量表达。
通过转基因材料和对照果实的发育进程以及果实相
关成熟基因的表达分析,探究番茄CBL1基因在果
实成熟发育中的作用,为深入了解果实发育和成熟
调控的分子机理提供思路。
1 材料和方法
1.1 试验材料
试验于2014年5月~2016年3月,在江苏农
林职业技术学院组培中心和连栋温室进行。番茄品
种‘Micro Tom’种子购买自美国Bal Horticultural
Company。挑选生长饱满的种子在超净工作台用
70%乙醇冲洗30s,无菌水冲洗2次,10%次氯酸钠
消毒8min,无菌水冲洗3次,接种于1/2MS培养基
中,培养番茄无菌苗,15d以后,选取幼嫩平展的子
叶用于基因转化。
转基因番茄和普通番茄栽培于蛭石和营养土混
合物(1∶1)的培养钵中,栽培于温室中,温室环境温
度为白天23~26℃,夜间15~18℃,相对空气湿度
80%以上。培养至番茄开花时开始观察不同发育时
期的番茄果实发育情况,以及取样进行后期基因表
达量检测。
1.2 主要培养基配方
番茄种子培养基(1/2MS培养基):1/2MS+20
g/L 蔗糖 +5.5g/L 琼脂;番茄共培养培养基
(MS1):MS+20g/L蔗糖+5.5g/L琼脂 +2.0
mg/L ZT +0.5 mg/L IAA;番茄筛选培养基
(MS2):MS+20g/L蔗糖+5.5g/L琼脂 +2.0
mg/L ZT +0.5mg/L IAA,高压灭菌,冷却至
60℃加入75mg/L卡那霉素、400mg/L羧苄青霉
素,分装培养瓶备用;番茄生根筛选培养基(MS3):
1/2MS+20g/L蔗糖+5.5g/L琼脂,高压灭菌,冷
却至60℃加入50mg/L卡那霉素,350mg/L羧苄
青霉素,分装培养瓶备用。所有培养基pH 值均调
至5.8。
1.3 试验方法
1.3.1 番茄果实发育不同时期CBL1基因表达量
的检测 按照‘Micro Tom’番茄果实的发育周期,
在本实验室的温湿度条件管理下,果实从开花到完
全成熟大约40~42d。将‘Micro Tom’番茄果实分
为小绿果(花后10~12d)、中绿果(花后16~18d)、
大绿果(花后22~24d)、绿白果(花后28~30d)、白
果(花后34~36d)、白转红(花后36~38d)、黄红果
(花后38~40d)、全红果(花后40~42d)等8个
时期。
分别提取每个时期果实的RNA,反转录为cD-
NA。根据NCBI数据库中的番茄SlCBL1基因序
列(GenBank登录号 NM_001252118.1),在Prim-
er3Plus网站设计目的基因SlCBL1基因荧光定量
的引物(表1)。采用实时荧光定量 PCR(qRT-
PCR)方法,检测SlCBL1基因相对表达量。qRT-
PCR用ABI公司的荧光定量Steponeplus仪操作,
SlCBL1基因和内标Actin基因总反应体系为10
4712 西 北 植 物 学 报 36卷
μL,包括3.5μL super Mix,2μL Primer Mix(10
μmol/L),1μL cDNA,3.5μL 无 核 酸 污 染 的
ddH2O,反应程序:94℃预变性3min;94℃变性10
s,55 ℃ 退火 30s,40 个循环后程序结束,用
Stepone2.3软件分析基因相对表达量。
1.3.2 目的基因克隆和表达载体构建 使用
TAKARA公司的RNA提取试剂盒,提取番茄果实
的RNA,反转录获得cDNA,根据 NCBI数据库中
的番茄SlCBL1基因序列,用DNAMAN软件设计
目的基因SlCBL1基因全长引物(表1),PCR扩增
获得SlCBL1基因全长序列。将SlCBL1基因正向
构建于gateway系列表达载体pK7WG2D上,构建
得到载体pK7WG2D-SlCBL1载体(以下简称p-Sl-
CBL1载体)。构建好的载体转化农杆菌EHA105,
穿刺保存于4℃冰箱,用于后续番茄的稳定转化。
1.3.3 番茄稳定转化与转基因植株鉴定 (1)稳定
转化。将含质粒pK7WG2D(空载)和p-SlCBL1的
农杆菌EHA105在LB培养基上(含50mg/L SPR
和50mg/L Rif)划板,28℃培养2d,挑取平板上长
得好的单菌落,接种到50mL液体LB培养基中,28
℃、2 200r/min在摇床中振荡培养至OD600为0.4,
常温下,5 000转离心8min,去掉上清液,在无菌滤
纸上倒扣离心管,尽量将上清液去除后用 MS液体
培养基悬浮沉淀菌体,振荡培养活化菌液,至菌液
OD600值为0.2~0.3后备用。
将15d叶龄的番茄组培苗,沿叶脉将叶片剪成
大约3mm2 叶块。将活化好的菌液倒入剪好的叶
片中,轻微摇匀,浸染30min。倒出菌液,叶片放置
于无菌滤纸上吸干表面的菌液。侵染后的叶片接种
于番茄共培养基 MS1中,24℃培养箱中黑暗共培
养3d。完成共培养的番茄叶片,接种番茄筛选培养
基 MS2上,使伤口与培养基充分接触,在培养室中
(25±2)℃,光照培养。大约40d左右,可分化出抗
性芽,将抗性芽转入番茄生根筛选培养基 MS3上生
根。获得完整的抗性苗。
(2)转基因植株鉴定。载体 pK7WG2D 和
p-SlCBL1上均携带超强表达的绿色荧光蛋白基因
(eGFP),番茄叶片切口部位长愈伤组织时,将培养瓶
表1 实时荧光定量PCR所用引物序列
Table 1 Primers for real-time fluorescent quantitative PCR
引物用途
Prime usage
基因Gene 引物序列Primer sequence(5′→3′)
基因Gene 引物序列Primer sequence(5′→3′)
荧光定量PCR引物
qRT-PCR primer
SlCHS1 AAATGGTCACCGTGGAGGAGTCAACACAGTTAGAAGGCGTAGAT SlNCED2
TCCTAAAGCTATTGGTGAACTCC
TCTACAAGCCCGAAAACTCCA
SlCHI GGAAAGCAGTTGAAAGCTGTAGGTCCTTTGTTGGTTTTGCTGGT SlASR1
CTACGCCTTGCATGAGAAACA
AAATCCACCTGCCCCAAC
SlF3 H ATGTCTGGTGGCAAGAAAGGTCAGCCTTGTGGTTTGTCTGG SlACS2
GGGATTTGAGATTGCAAAGACCA
TTCAGCAAGACCCATTTGGA
SlPSY1 CTTGTTATGGGTTGTTTCTCCTTGTTAGTTTGCTTTCCACCACCTCT SlACO1
GAATTGGGGCTTCTTTGAGTTG
GCAAAATCTCTCATCACCTCTCTG
SlEXP1 AGTGCTTCTCGTTGCATCATTTACCAGGGATTCTTCCTTCAACA SlER1
AAGTCTATGGTGAAGTTGGTTGC
TTTCCAAATCTTGAGCAGTGAGA
SlCEL1 ACTCTCATTCTGAACCCACGACTATTTCCCCATAGTGTTCTCCTTCTT SlETR4
TGCAGTAAGGAGATGGATGAAGG
CTTGGAGGAGTGAGTGTGGATG
SlCEL2 GGGTAGCTCTGTGCCATCTGTTTTGGGTTTGGGTTTGGTG SlRIN
TGGCATTGTGGTGAGCAAAG
CATCCATCCAGGTACAACTCCA
SlPE GCAGAGCAAGCATAACACACAACATCATCAGTTTCAGCTTCATCACC SlMADS1
CGATTGTGTTGGGAAGATGG
GCAATCCAAGAGGCTGAAAGA
SlPME2.1 TGAGGTGAGTAGCAGGAAAATGACAGCAAGAGTGGCAGAGTGG SlWRKY33A
AGCTGCATCATCAATCTCTCAATC
CATTCTGTTTTGTGGGCTCTTG
SlXYL1 TGTCGTTTGAGTAAGTGCAAGACTAGGGTGGTGAAGTGAACAAGAAA SlFUL1
CCAGTTGAAGCGAATAGAGAACA
TCAGCATCACAAAGCACAGAGA
SlADH1 AGTGCGGTTTTAGGGCTCTGTCCATCTCTCTGCCTTTTCTCTCTC SlERF6
GTCCTCTTCTTCCTCATCCTCAAC
TCCACTACTCTTCTCCTTCTCAAC
SlCBL1 AGAAAACCTTTTTGCCAATCGGACCTTAGATAGGGAAGTGTCATTAT SlACTIN
GAGACCTTCAACGTTCCAGC
TTCATGCTGCTTGGAGCCAA
SlCBL1基因全长扩增
Ful-length
amplification
of SlCBL1
SlCBL1 ATGGGCTGCTTTAATTCTAAGGTTTATGTAGCAACTTCATCAACT
571211期 王媛花,等:SlCBL1基因调控番茄果实成熟发育的分子机理
表2 番茄果实成熟发育相关基因
Table 2 The related genes during tomato fruit development
基因功能
Gene function
基因名称(符号)
Gene name(symbol)
NCBI登录号NCBI
Accession number
色素形成相关基因[20-22]
Pigment synthesis related gene
查尔酮合成酶基因Chalcone Synthase(SlCHS)
查尔酮异构酶基因Chalcone Isomerase(SlCHI)
NM_001247104.2
NM_001247492.2
果实成熟软化相关基因[17,23]
Mature softening related gene
黄烷酮3-羟化酶基因Flavanone 3beta-hydroxylase(SlF3 H) HQ008775.1
番茄红素合成酶基因Phytoene synthetase(SlPsy1) NM_001247883.1
扩张蛋白基因1Expansin Exp1(SlEXP1) NM_001247029.2
纤维素酶基因Celulase Cel1(SlCEL1) NM_001247933.2
纤维素酶基因Celulase Cel2(SlCEL2) NM_001247938.1
果胶脂酶基因Pectinesterase(SlPE) NM_001247222.2
果胶酯酶基因Pectin esterase(SlPME2.1) NM_001247019.1
beta-D木糖苷酶基因Beta-D-xylosidase 1(SlXYL1) NM_001246981.1
乙醇脱氢酶基因Alcohol dehydrogenase(SlADH1) JQ804996.1
ABA路径基因[24-25]
ABA path gene
9-顺式-环氧类胡萝卜素二加氧酶基因 9-cis-Epoxycarotenoid Dioxygenase
(SlNCED2) EU912387.2
乙烯路径基因[26-28]
Ethylene path gene
果实成熟诱导蛋白Fruit-ripening protein(SlASR1) NM_001247208.2
ACC合成酶基因ACC synthase 2(SlACS2) AY326958.1
1-氨基环丙烷羧酸酶基因1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase(SlA-
CO1) HQ322499.1
乙烯响应蛋白酶抑制剂1ethylene responsive proteinase inhibitor I(SlER1) J04099.1
乙烯受体基因Ethylene receptor homolog(SlETR4) NM_001247276.2
番茄成熟相关转录因子[16,29-30]
Transcription factors related
to tomato fruit ripening
MADS-box RIN转录因子 MADS-box transcription factor(SlRIN) NM_001247741.2
MADS-box蛋白1MADS-box protein 1(SlMADS1) NM_001247451.2
WRKY转录因子33WRKY transcription factor 33A(SlWRKY33) NM_001319981.1
TDR4转录因子TDR4transcription factor(SlFUL1) NM_001247244.2
ERF6转录因子ERF6transcription factor(SlERF6) JN616265.1
放在体式荧光显微镜下,抗性植株愈伤组织有明显
的绿色光发出。愈伤组织分化出芽以后抗性植株的
芽在荧光显微镜下发绿光,而非抗性植株发红光,可
以直接将抗性植株筛选出来。将抗性植株移栽后可
用体视荧光显微镜再次分别检测番茄的不同组织器
官的荧光。荧光检测的同时,用PCR法检测CaM-
35s启动子序列,并且用RT-qPCR方法检测目的基
因SlCBL1的表达量。通过以上3种方法检测,确
认基因转化成功。
1.3.4 转基因番茄的SlCBL1基因功能分析 将
经检测后获得的10个转基因株系的番茄,在生根培
养基中生根后移栽大田,开花结果之后收取 T1 代
转基因种子。T1 收取的种子经低温春化处理之后,
同一时间将转空载、转SlCBL1基因和非转基因的
种子播种于直径18cm的育苗盆中,基质按照泥炭
土和蛭石1∶1的比例混匀使用。番茄培养在白天
温度25~28℃,夜间15~18℃的温室中。
(1)转基因番茄果实发育进程:观察番茄果实生
长过程,从播种到开花结果,每天拍照记录,观察转
SlCBL1基因番茄和空载对照以及非转基因对照的
表型差异以及果实成熟时间差异。
(2)转基因番茄与成熟相关基因的表达量变化
分析:用RT-qPCR方法检测转SlCBL1基因番茄
与空载对照相比较,在果实发育不同3个阶段(绿果
期花后22d、白果期花后34d、红果期花后40d)的
成熟相关基因表达量变化。共选取与番茄成熟相关
的基因22个,基因名称、基因功能以及 NCBI登录
号见表2,qRT-PCR引物见表1。表达量按照上调
下调倍数的方式,以不同颜色作为表达量上调或者
下调的倍数。
1.4 数据统计分析方法
所有基因表达量采用2ΔΔCt法来计算相对表达
量。番茄不同发育时期的SlCBL1基因相对表达量
以第一个时期绿果期为对照。转基因番茄的22个
6712 西 北 植 物 学 报 36卷
成熟相关基因的表达量均以空载对照植株的相应基
因表达量为对照。
2 结果与分析
2.1 番茄果实发育不同时期SlCBL1基因表达量
的检测
番茄果实发育的8个不同时期SlCBL1基因的
表达量检测显示,在绿果期SlCBL1基因表达量变
化不大,基本维持在一个水平。随着果实成熟,果实
向绿白期过渡时,SlCBL1基因表达量急剧上升,在
果实发育至白果期时,SlCBL1基因表达量达到最
高。而后,随着果实变色转红,SlCBL1基因表达量
又会很快下降,到果实成熟完全变红后SlCBL1基
因表达量降到最低(图1)。这个结果初步说明,在
番茄果实成熟过程中,SlCBL1基因有调节成熟的
作用,而且在绿果期是正向调节果实成熟的,而随着
番茄果实转色变红,表达量会急剧下降。
2.2 目的基因克隆和表达载体构建
根据NCBI数据库中的番茄SlCBL1基因序列
(GenBank登录号 NM_001252118.1),SlCBL1全
长641bp,设计引物克隆SlCBL1基因。克隆得到
的基因片段大小与慕斯基因片段大小一致(图2),
对基因进行测序分析,测序结果和 NCBI数据库中
的SlCBL1基因序列比对后一致性为100%。为了
缩短后期转基因植株的筛选检测时间,以及检测时
更加便利,选择了 gataway系列植物表达载体
pK7WG2D。pK7WG2D载体上携带有超表达报告
基因e-GFP(图2),便于后期的转基因植株的检测。
2.3 番茄稳定转化与转基因植株鉴定
本试验中用到的载体比较特殊,因此转基因周
期较短。得到完整的转基因植株需要150d左右。
图3,A~D是从开始转基因、愈伤组织生长、植株生
长到结果的全过程。过程中,在体式荧光显微镜下
检测荧光,可以将大部分非转基因植株去除,留下荧
光下绿色的植株继续做后期检测,确认转基因是否
成功。图3,E~H 分别是转基因植株的愈伤组织、
花和果实的荧光照片。转基因成功的植株,能够在
发育的不同阶段检测到荧光。图3,H中,将非转基
因的果实和转基因果实放置于荧光显微镜下,非转
基因果实为紫红色,而转基因植株为绿色,通过荧光
检测能够初步确定转基因成功。
荧光检测后,必须通过分子检测进一步确认转基
SGF.小绿果;MGF.中绿果;BGF.大绿果;GWF.绿白果;
WF.白果;WRF.白转红;YRF.黄红果;RF.全红果.
图1 番茄果实不同发育阶段SlCBL1基因表达水平
SGF.Smal green friut;MGF.Middle green friut;BGF.Big
green friut;GWF.Green white fruit;WF.White fruit;
WRF.White red fruit;YRF.Yelow red fruit;RF.Red fruit.
Fig.1 SlCBL1gene expression in tomato fruits of
different development stages
图2 植物表达载体pK7WG2D-SlCBL1构建过程
Fig.2 Construction of plant expression vector pK7WG2D-SlCBL1
771211期 王媛花,等:SlCBL1基因调控番茄果实成熟发育的分子机理
A.侵染后的番茄叶片;B.不定芽;C.抗性植株;D.完整的转基因番茄;E.愈伤组织荧光;F.花荧光;G.小绿果荧光;
H.非转基因果实和转基因果实荧光对比
图3 番茄转基因过程以及绿色荧光检测
A.Tomato leaf infection;B.Adventitious buds;C.Tomato resistance seedlings;D.Complete transgenic tomato;
E.Calus fluorescence;F.Flower fluorescence;G.SGF fluorescence;H.Non-gmo fruit and transgenic fruits fluorescent contrast
Fig.3 The tomato geneticaly modified process and green fluorescence detection
因成功。因为番茄本身有SlCBL1基因,因此选取
了载体上35S启动子进行检测,检测结果显示(图
4,A),转基因的10个株系,以及转空载体的1个株
系中均有35S基因表达,而非转基因植株中没有表
达。进一步对SlCBL1基因本身的表达量进行检
测,检测结果表明(图4,B),SlCBL1基因超表达的
10个转基因株系中的SlCBL1基因表达量都显著
高于空载对照和非转基因植株。通过以上结果能够
确认SlCBL1基因已经成功转入番茄中。
2.4 转基因番茄的SlCBL1基因功能分析
转SlCBL1基因、转空载体以及非转基因的种
子同时播种后,放置于相同环境条件下,观察果实发
育。结果发现转SlCBL1基因的果实成熟更快(图
5)。通过大量果实的观察发现转SlCBL1基因的果
实能够比转空载和非转基因对照平均提前成熟3~
5d,该结果更进一步说明SlCBL1基因在番茄果实
成熟中是起作用的,能够促进番茄果实成熟。
分析了3个不同发育时期果实中影响番茄果实
成熟的22个相关基因表达量变化,结果表明Sl-
CBL1基因超表达对果实成熟相关基因都有不同程
度的影响。其中影响最大的是对色素合成相关基因
SlCHS1、SlCHI、SlF3 H、SlPSY1,与对照相比,这
些基因的表达量都有5~10倍或者超过10倍的上
调(图6)。这说明SlCBL1基因促进番茄果实成熟
M.DNA marker;S1~S10.10个不同转基因株系;
N-CK.非转基因;CK.空载对照.
图4 转基因番茄PCR和荧光定量PCR检测
M.DNA marker;S1-S10.10different gm strains;N-CK:Non-
geneticaly modified;CK.Empty vector control
Fig.4 Transgenic tomato PCR and fluorescence
quantitative PCR detection
首先是通过调控色素代谢相关基因完成的。除此以
外,影响最明显的还有与番茄成熟相关的一些转录
因子 也 受 到 强 烈 上 调,其 中 SlWRKY33A 和
SlERF6上调也超过10倍以上。综合以上结果可
以初步说明SlCBL1基因超表达会影响色素代谢基
8712 西 北 植 物 学 报 36卷
SGF.小绿果;MGF.中绿果;BGF.大绿果;GWF.绿白果;WF.白果;WRF.白转红;YRF.黄红果;RF.全红果.
图中的转SlCBL1基因植株为株系S3
图5 番茄的成熟过程对比
SGF.Smal green friut;MGF.Middle green friut;BGF.Big green friut;GWF.Green white fruit;WF.White fruit;
WRF.White red fruit;YRF.Yelow red fruit;RF.Red fruit.SlCBL1transgenic plant in the figure is strain S3
Fig.5 Mature process of tomato
MGF.中绿果;WF.白果;RF.全红果.图中的转SlCBL1基因植株为株系S3
图6 转SlCBL1基因番茄果实成熟相关基因分析
MGF.Middle Green Friut;WF.White Fruit;RF.Red Fruit.SlCBL1transgenic plant In the figure is strain S3
Fig.6 The ripe related gene analysis of tomato geneticaly modified with SlCBL1gene
因、乙烯路径基因以及和成熟相关转录因子的表达,
进而影响果实成熟。
3 讨 论
番茄作为一种重要的园艺作物,其品质形成及
成熟调控研究是近年来研究的重要问题之一。多年
来,科研工作者围绕番茄果实发育及成熟机理开展
了很多研究,但这些研究主要集中在激素包括乙烯、
茉莉酸、水杨酸,一些多胺类物质以及相关酶
类[16-19],相关研究也多针对果实发育及成熟过程中
某些生理、生化过程变化的探讨上,而对果实发育及
成熟调控的分子基础了解甚少。
971211期 王媛花,等:SlCBL1基因调控番茄果实成熟发育的分子机理
目前已经从番茄中分离鉴定出13个CBL 基
因,并对它们的基因组分布、分子特征、系统进化以
及顺式元件进行了分析,为研究番茄CBL 的功能
提供线索[31]。而尽管相关的研究很多,但是目前几
乎所有关于CBL基因的研究都是研究其在抗逆中
的作用,很少有研究其在果实发育及成熟调控中的
作用。本研究首先分析了番茄果实发育不同阶段
SlCBL1基因的表达量差异,结果表明,番茄在不同
的发育阶段,表达量差异很大,说明在番茄果实成熟
过程中,SlCBL1基因是起作用的。为了进一步验
证SlCBL1基因在果实成熟中的作用,通过稳定转
基因,将SlCBL1基因成功转入番茄品种‘Micro
Tom’。对转基因番茄和对照的果实发育进程观
察,初步确定SlCBL1基因超表达能够促进番茄果
实发育成熟。对番茄成熟相关的22个基因表达量
分析结果也表明。SlCBL1基因超表达会影响包括
色素代谢基因、成熟软化相关基因、乙烯路径基因以
及与成熟相关转录因子的表达量变化。很多基因受
到强烈的调控,因涉及基因较多,详细机理还有待进
一步研究。
综上所述,SlCBL1在番茄中的功能除了操纵
植物的抗逆性,还能够调控植物的生长和发育。番
茄果实中SlCBL1基因超表达可以调控果实成熟相
关基因的表达,因而操纵番茄果实的发育和成熟进
程。虽然目前本研究不能够详细解释相关机理,但
是对深入解析番茄果实发育及成熟调控的分子机理
具有参考价值,同时对CBL基因家族的研究提供了
一条新的思路。
参考文献:
[1] ZHU J K,LIU J,XIONG L.Genetic analysis of salt tolerance
in Arabidopsis[J].The Plant Cell,1998,10(7):1 181-1 191.
[2] MARTíNEZ-ATIENZA J,JIANG X,GARCIADEBLAS B,
et al.Conservation of the salt overly sensitive pathway in rice
[J].Plant Physiology,2007,143(2):1 001-1 012.
[3] WANG M Y,GU D,LIU T S,et al.Overexpression of a pu-
tative maize calcineurin B-like protein in Arabidopsis confers
salt tolerance[J].Plant Molecular Biology,2007,65(6):
733-746.
[4] SHI S S,CHEN W,SUN W N.Comparative proteomic anal-
ysis of the Arabidopsis cbl1mutant in response to salt stress
[J].Proteomics,2011,11(24):4 712-4 725.
[5] ALBRECHT V,WEINL S,BLAZEVIC D,et al.The calcium
sensor CBL1intergrates plant responses to abiotic stresses[J].
The Plant Journal,2003,36(4):457-470.
[6] CHEONG Y H,KIM KN,PANDEY G K,et al.CBL1,a
Calcium sensor that differentialy regulates salt,drought,and
cold responses in Arabidopsis[J].The Plant Cell,2003,15
(8):1 833-1 845.
[7] 马齐军,胡大刚,由春香,等.苹果 MdCBL家族基因表达分析
及MdCBL1的功能鉴定[J].园艺学报,2014,41(6):1 053-
1 062.
MA Q J,HU D G,YOU C X,et al.Classification and ex-
pression analysis of apple MdCBL family genes with a func-
tional characterization of MdCBL1[J].Acta Horticulturae
Sinica,2014,41(6):1 053-1 062.
[8] 韩金龙,李 慧,丛 郁,等.杜梨CBL1和CBL7基因对非
生物逆境的响应[J].果树学报,2014,31(4):529-535.
HAN J L,LI H,CONG Y,et al.Comparison of two CBL
genes on stress tolerance functions from Pyrusbetulaefolia
[J].Journal of Fruit Science,2014,31(4):529-535.
[9] 许园园,蔺 经,李晓刚,等.梨CBL基因家族全基因组序列
的鉴定及非生物胁迫下的表达分析[J].中国农业科学,
2015,48(4):735-747.
XUY Y,LIN J,LI X G,et al.Identification and expression a-
nalysis under Abiotic Stresses of the CBLgene family in Pear
[J].Scientia Agricultura Sinica,2015,48(4):735-747.
[10] GAO P,ZHAO P M,WANG J,et al.Co-expression and
preferential interaction between two calcineurin B-like pro-
teinsandaCBL-interacting protein kinase from cotton[J].
Plant Physiology and Biochemistry,2008,46 (10):
935-940.
[11] 赵晋锋,余爱丽,田 岗,等.谷子CBL基因鉴定及其在干
旱、高盐胁迫下的表达分析[J].作物学报,2013,39(2):
360-367.
ZHAO J F,YU A L,TIAN G,et al.Identification of CBL
genes from foxtailMilet(Setaria italic[L.]Beauv.)and Its
Expression under drought and salt stresses[J].Acta Agro-
nomic Asinica,2013,39(2):360-367.
[12] ZHAO J F,SUN Z F,ZHENG J,et al.Cloning and charac-
terization of a novel CBL-interacting protein kinase from
maize[J].Plant Molecular Biology,2009,69(6):661-674.
[13] TOKAS I,PANDEY A,PANDEY GK.Roleofcalcium-media-
ted CBL-CIPK network in plant mineral nutrition and abiotic
stress[M].Molecular Stress Physiology of Plants,2013:
241-261.
[14] DRERUP M M,SCHLUCKING K,HASHIMOTO K,et al.
The calcineurin B-like calcium sensors CBL1and CBL9to-
gether with their interacting protein kinase CIPK26regulate
the Arabidopsis NADPH oxidase RBOHF[J].Molecular
Plant,2013,6(2):559-569.
[15] MAHS A,STEINHORST L,HAN J P,et al.The calci-
neurin B-like Ca2+sensors CBL1and CBL9function in polen
0812 西 北 植 物 学 报 36卷
germination and polen tube growth in Arabidopsis[J].Mo-
lecular Plant,2013,6(4):1 149-1 162.
[16] 汪 莹,孔俊花,陈微微,等.番茄果实成熟相关转录因子
的研究进展[J].园艺学报,2014,41(9):1 811-1 820.
WANG Y,KONG J H,CHEN W W,et al.Fruit ripening-
related transcription factors in tomato[J].Acta Horticultu-
rae Sinica,2014,41(9):1 811-1 820.
[17] 左进华,陈安均,孙爱东,等.番茄果实成熟衰老相关因子研
究进展[J].中国农业科学,2010,43(13):2 724-2 734.
ZUO J H,CHEN A J,SUN A D,et al.Research Progress
on the factors related to tomato fruit ripening and senescence
[J].Scientia Agricultura Sinica,2010,43(13):2 724-
2 734.
[18] 肖 东,肖 阳,蔡应繁,等.番茄果实成熟相关基因
SlPEL和SlAPL的表达特性[J].作物学报,2010,36(7):
1 135-1 142.
XIAOD,XIAOY,CAI Y F,et al.Isolation and expression
of two fruit ripening related genes SlPELand SlAPLin to-
mato(Solanum lycopersicum)[J].Acta Agronomica Sinica,
2010,36(7):1 135-1 142.
[19] 刘小花,张岚岚,朱长青,等.Micro-Tom番茄矮化微型机
制及其在植物功能基因组学研究中的应用[J].遗传,2008,
30(10):1 257-1 264.
LIU X H,ZHANG L L,ZHU C Q,et al.Mechanisms for
miniature dwarf characteristics of Micro-Tom tomato and its
application in plant functional genomics studies[J].Heredi-
tas,2008,30(10):1 257-1 264.
[20] ESPANA L,HEREDIA-GUERRERO JA,REINA-PINTO
JJ,et al.Transient Silencing of CHALCONE SYNTHASE
during fruit ripening modifies tomato epidermal cels and cuti-
cle properties[J].Plant Physiology,2014,166(3):1 371-
1 386.
[21] KANG JH,MCROBERTS J,SHI F,et al.The flavonoid bi-
osynthetic enzyme chalcone isomerase modulates terpenoid
production in glandular trichomes of tomato[J].Plant Physi-
ology,2014,164(3):1 161-1 174.
[22] KANG B S,GUQ S,TIAN P,et al.A chimeric transcript
containing Psy1and a potential mRNA isassociated with
yelow flesh color in tomato accession PI 114490[J].Planta,
2014,240(5):1 011-1 021.
[23] 雷东锋,李剑君,张 宴,等.果实成熟过程相关调控基因
研究进展[J].西北植物学报,2000,20(1):149-157.
LEI D F,LI J J,ZHANG Y,et al.The latest development
about regulation and controling of fruit ripening gene[J].
Acta Botanica Boreal-Occidentalia Sinica,2000,20(1):
149-157.
[24] ZHANG M,YUAN B,LENG P.The role of ABA in trigge-
ring ethylene biosynthesis and ripening of tomato fruit[J].
Journal of Experimental Botany,2009,60(6):1 579-1 588.
[25] CAKIR B,AGASSE A,GAILLARD C,et al.A grape ASR
protein involved in sugar and abscisic acid signaling[J].The
Plant Cell,2003,15(9):2 165-2 180.
[26] MARGOSSIAN L J,FEDERMAN A D,GIOVANNONI JJ,
et al.Ethylene-regulated expression of a tomato fruit ripening
gene encoding aproteinase inhibitor I with a glutamic residue
at the reactive site[J].Proceedings of the National.Acade-
my of Sciences of the United States of American,1988,85
(21),8 012-8 016.
[27] KAMIYOSHIHARA Y,IWATA M,FUKAYA T,et al.
Turnover of LeACS2,a wound-inducible1-aminocyclopro-
pane-1-carboxylic acid synthase in tomato,is regulated by
phosphorylation/dephosphorylation[J].The Plant Journal,
2010,64(1):140-150.
[28] JAFARI Z,HADDAD R,HOSSEINI H,et al.Cloning,
identification and expression analysis of ACC oxidase genein-
volved in ethylene production pathway[J].Molecular Biolo-
gy Reports,2013,40(2):1 341-1 350.
[29] LEE JM,JOUNG JG,MCQUINN R,et al.Combined tran-
scriptome,genetic diversity and metabolite profiling in toma-
to fruit reveals that the ethylene responsefactor SlERF6
plays an important role in ripening andcarotenoid accumula-
tion[J].The Plant Journal,2012,70(2):191-204.
[30] ZHOU J,WANG J,ZHENG Z,et al.Characterization of
the promoter and extended C-terminal domain of Arabidopsis
WRKY33and functional analysis of tomato WRKY33homologues
in plant stress responses[J].Journal Experimental Botany,
2015,66(15):4 567-4 583.
[31] 刘淑梅,王施慧,刘明毓,等.番茄CBL家族基因的鉴定和
遗传进化分析[J].分子植物育种,2015,13(10):2 268-
2 273.
LIU S M,WANG S H,LIU M Y,et al.Identification and
characterization of CBL family genes in tomato[J].Molecu-
lar Plant Breeding,2015,13(10):2 268-2 273.
(编辑:宋亚珍)
181211期 王媛花,等:SlCBL1基因调控番茄果实成熟发育的分子机理