番茄AuxIAA基因的克隆与功能分析

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1、华中农业大学博士学位论文番茄Aux/IAA基因的克隆与功能分析姓名：张俊红申请学位级别：博士专业：蔬菜学指导教师：叶志彪20060401番茄Aux／IAA皋囡的克隆与功能分析番茄Aux／IAA基因的克隆与功能分析中文摘要生长素是一类重要的植物激素，它与植物生长发育的许多过程相关。在细胞水平上，生长素影响细胞的伸长、分裂和分化．在个体水平上，生长素在植物的顶端优势、侧根，不定根的形成、植物的向性反应、果实的座果和发育、维管组织的分化和胚的形成等方面是都是必需的。由于生长素具有这些多样化的调节活性，因此，生长素、生长素反应以及生长素信号转导引起了人们极大的兴趣

2、。已有的研究成果表明，尽管生长素可以通过直接影响细胞膜和细胞骨架的功能来调节一些细胞反应，但生长素更多是通过调控基因表达来影响植物的发育和其他的一些反应。Aux／IAA、SAUR和GH3等是三类主要的生长素早期诱导表达的基因，生长素能够诱导这三类基因中的多数基因快速、特异、并且在不需要新的蛋白质生物合成的条件下表达，这些基因也被认为是生长素诱导的原初表达基因。在这三类基因中，Aux／IAA基因家族的研究相对较多。以拟南芥为模式植物的植物生物化学、分子生物学和遗传学的研究也已经证实Aux／IAA蛋白在生长素的信号转导和植物的生长发育中起着重要的作用。拟南芥A

3、ux／IAA基因突变体表现出与生长素直接相关的发育表型的改变，包括改变植株的向光性、向地性、顶端优势、根的形成、茎厂F胚轴的伸长、叶片的展开以及黑暗条件下叶片的形成等。在氨基酸序列上，番茄Aux／IAA蛋白与拟南芥Aux／IAA蛋白有比较大的差异，且番茄果实为鲜果，生理学的研究表明生长素与番茄果实的座果，膨大和成熟等有着密切的关系，外源生长素能促进番茄果实的单性结实，因此以番茄为模式植物研究生长素信号转导相关的Aux／1AA基因的生物学功能，对全面了解生长素在植物根、茎、叶、花、果等的生长、发育以及形态建成过程中所发挥的作用，揭示番茄单性结实可能的分子机理

4、，阐明生长素信号转导的复杂分子机制具有重要的理论意义。对番茄生产中合理利用生长素、生长素类似物以及生长素转运抑制物等调控番茄植株的生长发育、果实的座果，果实的发育成熟等也具有实际的指导意义。本研究的目的：比较全面的分析番茄Aux／IAA基因的进化和组织／器官表达情况，初步预测这些基因可能的功能；利用转基因手段分析三个Aux／1AA基因，即SIlAA3，SIIAA4和SIIAAl4，在番茄生长和发育过程中的生物学功能，从分子水平初步阐明它们可能的作用机制；初步分析这三个基因在生长素效应中发挥的作用，创建一些应用于生长素信号转导研究的材料；创造一些单性结实的材

5、料，应用于果实单性结实分子机理的研究．本研究中主要涉及到生物信息学和植物转基因研究，获得的主1．—————————————————————————————————————————一——华中农业大学2006届博士学位论文要结果如下：1．利用生物信息学手段从核酸数据库中获得22个潜在的番茄Aux／／AA基因，利用生物信息学手段对这些基因的结构及其进化关系进行了分析。2．RT-PCR分析了番茄11个Aux／／AA基因在不同组织／器官、果实不同发育时期以及不同条件下的基因表达特性，结果表明SIIAA4在所有的分析材料中表达量均很高，而其他的基因在不同组织，器官、果

6、实不同发育时期以及不同条件下的基因表达显示出不同的表达特异性。3．利用RACE技术克隆了番茄7个Aux／／AA基因的全长eDNA和一个Aur．／／A4基因的5’端。获得了SIlAA3基因的基因组DNA序列，DNA序列分析结果表明删，基因由三个外显子和两个内含子组成。4．利用RFLP分析了SIL4A3、SIlAA4、SIIAAl4三个基因在M82和LA716两个番茄种中的基因多态性，结果表明这三个基因在这两个种中有明显的多态性，且结果还显示SllAA3、SIlAA4基因为单拷贝基因、易于同番茄其他的Aux／MA基因区分，并且这两基因在两个种中比较保守。5．利

7、用76个IL群体将SllAA3和SIlAA4基因分别定位在番茄第9染色体的9一G区域和第4染色体的4．G区域，分别与番茄hi(hilara突变)基因和e(entire突变)基因在同一区域。6．构建了SIlAA3、SIIAA4、SllAAl4三个基因的超量表达、反义抑制和RNAi植物遗传转化载体，通过农杆菌介导的遗传转化方法获得番茄转基因植株。7．转基因研究结果表明，SIlAA3基因与番茄幼苗根系的发育相关，RNAi转基因植株后代幼苗初生根的伸长受到抑制。幼苗水培结果也显示，反义抑制和RNAi转基因植株后代幼苗均有短而弱的根系。8．转基因研究结果表明，SII

8、AA4明显影响番茄叶片的形态建成。超量表达、反义抑制和RNAi的转