番茄组蛋白去乙酰化酶家族基因SlHDA1和SlHDT3的功能研究

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1、番茄组蛋白去乙酰化酶家族基因SlHDA1和SlHDT3的功能研究重庆大学博士学位论文学生姓名：郭俊娥指导教师：陈国平教授专业：生物学学科门类：理学重庆大学生物工程学院二O一七年九月FunctionalstudyofhistonedeacetylasegenesSlHDA1andSlHDT3intomatoAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofScienceByJun

2、-EGuoSupervisedbyProf.GuopingChenSpecialty:BiologyBioengineeringCollegeofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaSeptember,2017中文摘要摘要组蛋白乙酰化和去乙酰化是在赖氨酸的指导下进行的一种可逆的转录后调控修饰。组蛋白乙酰化作用和去乙酰化作用通常是通过改变DNA及与DNA结合的转录因子之间的结合能力来改变基因活性。组蛋白乙酰化作用往往跟基因转录激活相关，而组蛋白去乙酰化作用则与转录抑制有关，它们之间的

3、调控主要通过组蛋白乙酰化酶与组蛋白去乙酰化酶的相互作用来进行。目前有关组蛋白去乙酰化酶基因的功能研究已取得很大进展，但主要集中于模式植物拟南芥和水稻中，在番茄中还未见关于组蛋白去乙酰化酶基因功能的详尽报道。根据它们的氨基酸序列比对同源分析，将组蛋白去乙酰化酶分为三个亚家族，分别为：RPD3/HDA1亚家族，HD2亚家族以及SIR2亚家族。目前的研究发现，组蛋白去乙酰化酶基因在拟南芥中有18个，水稻中18个，玉米中5个，番茄中14个。本研究在茄科数据库SGN中成功筛选鉴定出14个番茄组蛋白去乙酰化酶基因，其中9个属于

4、RPD3/HDA1亚家族基因，分别为SlHDA1-SlHDA9；3个属于HD2亚家族，分别为SlHDT1-SlHDT3；2个属于SIR2亚家族，分别为SIR1和SIR2。随后，对9个属于RPD3/HDA1亚家族基因的基因结构、分子特征、系统进化关系以及组织表达模式和多种非生物胁迫响应表达模式等进行了系统分析。研究发现它们编码的氨基酸序列与已知的拟南芥中组蛋白去乙酰化酶基因相关蛋白的氨基酸序列具有很高的相似性，每一个基因都能找到对应的同源基因。定量PCR分析结果表明，这9个SlHDACs基因均为非特异性表达基因，无明

5、显的组织特异性表达特征，说明它们广泛参与了番茄各个阶段的生长发育过程，在番茄生命周期中发挥着重要的作用。同时，SlHDA1-SlHDA9基因的表达也受多种非生物胁迫的诱导，包括盐、高温、低温和脱水。这些结果为进一步探索组蛋白去乙酰化酶基因在番茄生长发育以及环境逆境胁迫响应中的功能提供了有价值的信息。根据组织表达模式分析结果，我们筛选出了SlHDA1基因，它在果实发育与成熟过程中青果期少量表达，果实成熟期高量表达，表明SlHDA1基因可能参与了果实的成熟调控过程。本研究中，我们通过RNAi技术抑制了SlHDA1基因在

6、番茄中的表达。SlHDA1-RNAi转基因果实表现出果实成熟加快以及果实贮藏期变短的表型。类胡萝卜素积累量增加、乙烯合成量增加。同时，类胡萝卜素合成相关基因、乙烯合成相关基因、果实成熟相关基因及果壁代谢相关基因的表达水平被不同程度的上调。ACC处理后，与野生型相比，SlHDA1-RNAi转基因番茄幼苗的根和下胚轴的长度明显变短。这些结果表明SlHDA1基因在果实成熟过程中起负调控作用，通过影响类胡萝卜素的积累以及乙烯的生物合成参与调控番茄果实的成熟过I重庆大学博士学位论文程。农业生产中，作物的生长和产量往往会受多种

7、非生物胁迫的影响，尤其是盐和干旱。组蛋白去乙酰化酶基因在多种胁迫响应中发挥着重要作用。但是，目前为止，很少有番茄组蛋白去乙酰化酶基因胁迫响应的报道。SlHDA1-SlHDA9基因多种非生物胁迫表达模式分析结果表明，SlHDA1基因的表达受盐和脱水胁迫的显著诱导。为了进一步分析验证SlHDA1基因在番茄非生物胁迫响应中的功能，我们分别比较了盐和干旱胁迫对野生型和SlHDA1-RNAi转基因植株生长的影响。结果表明，在种子萌发后的生长阶段，与野生型相比，SlHDA1-RNAi转基因番茄幼苗根和下胚轴的生长明显被NaCl

8、和ABA抑制。土壤中SlHDA1-RNAi转基因番茄植株的盐和干旱胁迫耐受力降低，主要表现为相对含水量降低，叶绿素降解加快，叶片失水速率加快。此外，胁迫响应相关基因在SlHDA1-RNAi转基因植株中的表达被明显下调。这些结果表明SlHDA1基因在番茄盐和干旱胁迫耐受响应中是依赖于ABA信号途径并作为正调控因子发挥作用的，在今后改良番茄盐和干旱胁迫耐受力中具