AbGLK1和Ksu调控金边红苞凤梨绿白嵌合叶色形成的机制研究

来源 :毛美琴 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yunshan1990
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叶色突变体在自然界普遍存在,是观叶植物种质资源创新以及新品种选育的重要来源。红苞凤梨(Ananas comosus var.bracteatus)株型优美、果实红艳,是重要的热带观赏植物。金边红苞凤梨(Ananas comosus var.bracteatus cv.‘chiyan’)叶片呈现中间绿边缘白的嵌合特征,是从红苞凤梨中选育出的叶色突变品种。本研究以金边红苞凤梨为试材,利用组织细胞学、生理学、反向遗传学、修饰组学等方法来揭示金边红苞凤梨绿白嵌合叶色形成机制。主要研究结果如下:(1)叶绿体超微结构观察发现,白化组织叶绿体呈囊泡状,无类囊体存在,表明白化组织缺乏类囊体膜结构。叶绿素荧光参数测定发现,白化组织PSⅡ活性反应中心数量少,PSⅡ供体侧放氧复合体严重受损,PSⅡ受体侧从QA到QB的电子传递过程受阻,表明白化组织PSⅡ复合体组装出现紊乱。同时,绿白嵌合叶色的形成可能也与糖分和内源激素在白化组织和绿色组织中的不均衡分布有关。(2)为了分析不同时空条件下以及激素处理后基因的表达特征,筛选了特定实验条件下的稳定内参基因。首先参考转录组数据并结合常用看家基因选择了10个候选内参基因,接着采用ge Norm、Best Keeper、Norm Finder、ΔCt以及Ref Finder等5种算法评估了候选内参基因的稳定性。通过表达稳定性排序:1)在不同组织中,Unigene.16459+Unigene.16454是最佳的内参基因组合;2)在绿白嵌合叶片不同发育时期,Unigene.16454+ZRANB2是最佳的内参基因组合;3)在不同激素处理下,IDH+SDP是最佳的内参基因组合。(3)AbGLK1表达特征分析发现:1)AbGLK1主要在叶片中表达,且在绿白嵌合叶片白化组织中的表达水平显著低于绿色组织;2)AbGLK1在绿色组织中的表达水平随着叶片发育显著上调,而AbGLK1在白化组织中的表达水平随着叶片发育无显著变化;3)GA3和IAA处理对AbGLK1在转录水平上的表达有诱导作用。(4)生物信息学分析表明,AbGLK1具有GLK转录因子家族典型的GARPDNA结合域以及C末端结构域GCT box,与菠萝、水稻和玉米等单子叶植物亲缘关系较近。同时,AbGLK1主要定位在细胞核中,且具有转录激活活性。通过酵母双杂交筛库,共筛选到了42个AbGLK1的候选互作蛋白。其中候选互作蛋白NADPME、MDH和ALDO是碳固定中的关键酶,说明AbGLK1可能通过蛋白互作的方式参与调控金边红苞凤梨绿白嵌合叶片的光合作用。(5)BSMV-AbGLK1沉默植株叶片失绿呈现黄化表型,叶绿素含量下降,叶绿体类囊体垛叠出现异常。叶绿素荧光参数测定发现,沉默植株PSⅡ活性反应中心数量少,PSⅡ供体侧放氧复合体严重受损,PSⅡ受体侧从QA到QB的电子传递过程受阻,表明沉默植株PSⅡ复合体组装出现紊乱。RT-q PCR结果显示,沉默植株中AbGLK1表达显著下调,可导致叶绿素合成途径关键基因Chl M、Chl27和Por B以及光系统组装相关基因Lhca1、Lhca2、Lhcb1.4、Lhcb5、Psa H的下调表达。(6)在金边红苞凤梨绿白嵌合叶片中,共鉴定到335个蛋白质中的855个Ksu位点,定量到237个蛋白质中的593个Ksu位点。与绿色组织相比,白化组织中128个蛋白质中的232个Ksu位点的修饰水平显著上调,70个蛋白质中的148个Ksu位点的修饰水平显著下调。通过对所有琥珀酰化肽段进行motif分析,找到了3个保守的motif序列,其中motif序列Ksu(X9)K在其他植物中尚未发现。(7)在碳水化合物代谢、光反应、CAM途径光合作用、光呼吸等通路上都鉴定到了在白化组织和绿色组织中发生了差异琥珀酰化修饰的蛋白。其中,放氧复合体亚基Psb O和Psb P上的差异琥珀酰化修饰可能与白化组织放氧复合体严重受损有关;与AbGLK互作的碳固定关键酶NADP-ME、MDH和ALDO上的差异琥珀酰化修饰可能与白化组织碳水化合物含量发生变化有关。
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