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Ovate Family Proteins（OFPs）和Trihelix转录因子在植物生长发育过程中扮演着非常重要的角色。目前关于OFPs和Trihelix转录因子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，而对番茄中OFPs和Trihelix转录因子发挥功能的分子机制依然尚未清楚地阐明。番茄不仅是世界上广为栽培的高营养高经济价值的蔬菜作物，同时也是研究肉质果实发育和成熟的最佳模式植物。通过生物信息学分析，选择SlOFP20和SlGT16基因作为本研究目标基因，以转基因技术、定量RT-PCR技术、RNA-seq技术以及酵母双杂交技术等为主要研究手段，并从解剖学、生理生化及分子生物学层面上系统探讨了SlOFP20和SlGT16基因在番茄生长发育中的功能。
组织表达模式分析显示SlOFP20基因在根中的表达量最高，其次是茎和花，在叶和IMG果实中表达相对较低。激素响应表达模式分析表明，SlOFP20基因对不同激素处理均有不同程度的响应，尤其是油菜素内酯（BR）和赤霉素（GA）处理显著降低SlOFP20基因的表达水平。SlGT16基因的主要表达部位包括茎、叶片、花以及果实，花发育不同阶段的表达模式进一步显示，该基因在授粉期的表达量最高。SlGT16基因的表达随着果实成熟呈下调趋势，与野生型AC++相比，在Nr和rin突变体果实中的表达显著降低。结果暗示SlOFP20和SlGT16基因可能参与番茄营养发育和生殖发育调控。
SlOFP20超表达株系表现出幼苗主根、下胚轴、子叶长度减短及侧根数量减少、植株矮化、茎变粗、侧芽数减少以及叶片夹角变小等表型，这些结果表明，SlOFP20基因参与番茄植株株型调控。而且，超表达SlOFP20导致叶片变厚且呈深绿色。经检测表明SlOFP20超表达株系叶片总叶绿素含量增加，叶绿体发育和叶绿素正调控基因及代谢基因均呈现不同程度的上调，其次，通过测定光合产物含量，分析光合作用相关基因和淀粉合成关键基因表达水平，表明超表达SlOFP20基因导致叶片总叶绿素含量提高，进而增强了转基因株系叶片的光合能力。SlOFP20基因在叶片衰老过程中表达呈下调趋势，结合叶片衰老相关生理指标和基因表达水平检测表明，超表达SlOFP20可延缓叶片衰老。在生殖发育过程中，发现SlOFP20基因超表达效率高的转基因株系花器官表现出纵向变短而横向增宽及柱头外露，且不能正常座果，超表达效率较低的株系能够座果但果实呈扁平状。花器官形态统计、石蜡切片及扫描电镜分析揭示，SlOFP20超表达效率高会严重抑制器官的纵向生长而促进横向生长。花粉萌发实验、TCC染色实验、杂交实验、花粉发育相关基因检测以及启动子分析，表明超表达SlOFP20还会降低番茄花粉活性，从而导致番茄雄性育性降低，而雌性育性可能没有受到影响。根据SlOFP20超表达转基因株系所呈现的表型，检测了BR和GA相关基因转录水平，结果显示，SlOFP20-OE转基因株系中BR信号途径正调控因子GRAS41表达量下降，而负调控因子KNOX1极显著升高，BR和GA合成基因和降解基因均呈上调趋势。BR和GA途径下游细胞分裂和细胞伸长相关基因均受到明显抑制。外源施加GA3能够部分恢复SlOFP20-OE株系矮化的表型，而SlOFP20-OE株系对外源施加eBR的敏感性显著降低。酵母双杂交实验表明，SlOFP20能分别与KNOX1和GRAS41相互作用，且KNOX1和GRAS41之间也能直接互作。我们的研究数据表明SlOFP20可以通过介导BR和GA途径影响番茄的生长发育。
超表达SlGT16严重抑制番茄器官的生长，包括叶片大小、茎直径、四轮花器官长度以及果实大小。实时定量PCR分析结果表明，GA和细胞伸长相关基因的表达水平在SlGT16-OE转基因株系中受到不同程度的影响，表明SlGT16是控制器官大小的重要调控因子。而且，超表达SlGT16加快番茄叶片衰老。经检测表明SlGT16-OE转基因株系中叶片总叶绿素含量显著降低，叶绿体发育和叶绿素正调控基因（DCL、SlGLK1和SlGLK2）显著下调，而负调控基因SGR1呈上调趋势。同时超表达SlGT16也导致番茄光合作用相关基因的显著下调。成熟叶片RNA-seq数据分析发现，超表达SlGT16引起了一系列表型相关基因的表达变化，包括叶绿体发育、叶绿素代谢、激素以及转录因子等。此外，SlGT16沉默转基因株系果实成熟时间较野生型明显延迟。经检测SlGT16沉默转基因株系果实中类胡萝卜素和番茄红素积累显著降低，而B+4时期野生型和沉默株系的果实乙烯含量没有出现显著的变化。相关基因表达分析表明，类胡萝卜素生物合成相关基因、乙烯合成及响应基因、果实成熟相关基因的表达水平在SlGT16沉默转基因株系果实中均发生了显著改变。RNA-seq数据进一步证实，沉默SlGT16基因影响了一系列果实成熟相关基因的表达，这些结果表明，SlGT16主要通过改变类胡萝卜素合成、乙烯生物合成及响应，进而影响番茄果实成熟，是番茄Trihelix转录因子家族中第一个被发现参与果实成熟调控的关键因子。
综上所述，本研究对SlOFP20和SlGT16基因在番茄生长发育中的功能和机制进行了初步探索和分析，对全面阐明SlOFP20和SlGT16基因在植物中的功能和机理以及为日后在基因工程实践中的应用奠定了基础。
组织表达模式分析显示SlOFP20基因在根中的表达量最高，其次是茎和花，在叶和IMG果实中表达相对较低。激素响应表达模式分析表明，SlOFP20基因对不同激素处理均有不同程度的响应，尤其是油菜素内酯（BR）和赤霉素（GA）处理显著降低SlOFP20基因的表达水平。SlGT16基因的主要表达部位包括茎、叶片、花以及果实，花发育不同阶段的表达模式进一步显示，该基因在授粉期的表达量最高。SlGT16基因的表达随着果实成熟呈下调趋势，与野生型AC++相比，在Nr和rin突变体果实中的表达显著降低。结果暗示SlOFP20和SlGT16基因可能参与番茄营养发育和生殖发育调控。
SlOFP20超表达株系表现出幼苗主根、下胚轴、子叶长度减短及侧根数量减少、植株矮化、茎变粗、侧芽数减少以及叶片夹角变小等表型，这些结果表明，SlOFP20基因参与番茄植株株型调控。而且，超表达SlOFP20导致叶片变厚且呈深绿色。经检测表明SlOFP20超表达株系叶片总叶绿素含量增加，叶绿体发育和叶绿素正调控基因及代谢基因均呈现不同程度的上调，其次，通过测定光合产物含量，分析光合作用相关基因和淀粉合成关键基因表达水平，表明超表达SlOFP20基因导致叶片总叶绿素含量提高，进而增强了转基因株系叶片的光合能力。SlOFP20基因在叶片衰老过程中表达呈下调趋势，结合叶片衰老相关生理指标和基因表达水平检测表明，超表达SlOFP20可延缓叶片衰老。在生殖发育过程中，发现SlOFP20基因超表达效率高的转基因株系花器官表现出纵向变短而横向增宽及柱头外露，且不能正常座果，超表达效率较低的株系能够座果但果实呈扁平状。花器官形态统计、石蜡切片及扫描电镜分析揭示，SlOFP20超表达效率高会严重抑制器官的纵向生长而促进横向生长。花粉萌发实验、TCC染色实验、杂交实验、花粉发育相关基因检测以及启动子分析，表明超表达SlOFP20还会降低番茄花粉活性，从而导致番茄雄性育性降低，而雌性育性可能没有受到影响。根据SlOFP20超表达转基因株系所呈现的表型，检测了BR和GA相关基因转录水平，结果显示，SlOFP20-OE转基因株系中BR信号途径正调控因子GRAS41表达量下降，而负调控因子KNOX1极显著升高，BR和GA合成基因和降解基因均呈上调趋势。BR和GA途径下游细胞分裂和细胞伸长相关基因均受到明显抑制。外源施加GA3能够部分恢复SlOFP20-OE株系矮化的表型，而SlOFP20-OE株系对外源施加eBR的敏感性显著降低。酵母双杂交实验表明，SlOFP20能分别与KNOX1和GRAS41相互作用，且KNOX1和GRAS41之间也能直接互作。我们的研究数据表明SlOFP20可以通过介导BR和GA途径影响番茄的生长发育。
超表达SlGT16严重抑制番茄器官的生长，包括叶片大小、茎直径、四轮花器官长度以及果实大小。实时定量PCR分析结果表明，GA和细胞伸长相关基因的表达水平在SlGT16-OE转基因株系中受到不同程度的影响，表明SlGT16是控制器官大小的重要调控因子。而且，超表达SlGT16加快番茄叶片衰老。经检测表明SlGT16-OE转基因株系中叶片总叶绿素含量显著降低，叶绿体发育和叶绿素正调控基因（DCL、SlGLK1和SlGLK2）显著下调，而负调控基因SGR1呈上调趋势。同时超表达SlGT16也导致番茄光合作用相关基因的显著下调。成熟叶片RNA-seq数据分析发现，超表达SlGT16引起了一系列表型相关基因的表达变化，包括叶绿体发育、叶绿素代谢、激素以及转录因子等。此外，SlGT16沉默转基因株系果实成熟时间较野生型明显延迟。经检测SlGT16沉默转基因株系果实中类胡萝卜素和番茄红素积累显著降低，而B+4时期野生型和沉默株系的果实乙烯含量没有出现显著的变化。相关基因表达分析表明，类胡萝卜素生物合成相关基因、乙烯合成及响应基因、果实成熟相关基因的表达水平在SlGT16沉默转基因株系果实中均发生了显著改变。RNA-seq数据进一步证实，沉默SlGT16基因影响了一系列果实成熟相关基因的表达，这些结果表明，SlGT16主要通过改变类胡萝卜素合成、乙烯生物合成及响应，进而影响番茄果实成熟，是番茄Trihelix转录因子家族中第一个被发现参与果实成熟调控的关键因子。
综上所述，本研究对SlOFP20和SlGT16基因在番茄生长发育中的功能和机制进行了初步探索和分析，对全面阐明SlOFP20和SlGT16基因在植物中的功能和机理以及为日后在基因工程实践中的应用奠定了基础。