Regulatory Mechanisms of Genes Encoding Ethylene Responsive Transcription Factors(ERFs) in Ethylene-

来源 :中国农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jimchenstong
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自古以来,月季就是全球重要的观赏植物之一。因其形态优美,动人的色彩以及奇妙的香气而被成为“花中之王”和“花中皇后”。花朵开放是植物的一种自然进程,在开放期间,花瓣打开使得花朵可以授粉,然后枯萎或者脱落。衰老是开放过程的末期,表现出程序细胞凋亡印记的变化。此外,乙烯被认为是一种重要的植物激素,调控很多发育进程,例如种子萌发,器官伸长,花朵开放,果实成熟以及器官衰老等。研究表明,在很多植物中,花衰老与乙烯量的增多密切相关。在乙烯敏感型的植物中,乙烯参与了花朵开放和衰老进程。内源乙烯的呼吸跃变对于花器官衰老起到了重要的调控作用。此外,花衰老受多种外源和内源因素以及激素的调节,这些因素对诱发和调节衰老起到了重要的作用,并且通常是相互作用。但对于衰老过程中,多种激素互作的分子机制还并不十分清楚。为了探究AP2/ERF家族基因对于调节月季花朵衰老的功能,我们前期的工作,从月季花瓣的乙烯处理芯片数据中筛选出6个AP2/ERF基因,包括RU03641,RU53500,RU03393,RU06277,RU22804和RU56654。这几个基因的筛选依据是乙烯处理后表现出最大变化倍数的表达水平。qRT-PCR分析这6个基因在花朵开放期间的表达模式,结果显示,RU06277和RU56654的表达水平在开放早期明显上调,而RU53500、RURU22804和RU03393在开放后期(4-6级)的表达水平较高。有趣的是,RU03641的表达呈现持续上调的趋势,在衰老前期5级达到最高水平,然后在衰老时期6级下降。因此,我们选择RU03641进行下一步研究。我们分离得到了 RU03641的cDNA全长序列1224bp,含有721bp的开放阅读框。序列比对显示RU03641有一个保守的AP2/EREBP结构域,与拟南芥中的ERF113高度同源,因此我们将它命名为RhERF113。此外,我们分析了RhERF113在不同器官的表达模式。在萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊中,RhERF113均在5级表现出较高的表达水平或者达到峰值。我们进一步检测了乙烯和乙烯作用抑制剂1-MCP处理对RhERF113转录水平的影响。结果表明,RhERF113在乙烯处理后保持较高的表达水平,尤其在处理18h后表达水平达到峰值。然而,1-MCP处理后RhERF113的表达水平受到了抑制。因此,我们推测RhERF113对于衰老有重要的功能,并进行后续试验分析。为了明确RhERF113在花瓣衰老中的生物学作用,我们利用VIGS技术对RhERF113在月季花瓣圆片上进行了沉默。我们将RhERF113的3’非翻译区序列构建到TRV载体上,对RhERF113进行特异性沉默。与对照组(TRV)相比,在沉默7天后,RhERF113沉默组的月季花瓣圆片开始褪色。在沉默15天后,RhERF113沉默组花瓣圆片的颜色几乎变为黄色,而对照组只有轻微的褪色表现出来。qRT-PCR结果表明,相比对照,RhERF113在沉默组中的表达明显下降,证明了沉默效率。另外,离子渗透率和衰老相关基因RhSAG12的表达水平均比对照高。我们进一步在月季植株上进行了PhERF113沉默,并观察花的开放模式和寿命期。RhERF113沉默植株的花寿命相比对照要短。RhERF113沉默植株的寿命是9.1±0.0326天,对照是11.9±0.7382天。为了证明CTK是否参与RhERF113沉默引起的花衰老,我们首先检测了 6-BA处理对RhERF113沉默花瓣圆片的效果。处理10天后,可以观察到野生型、TRV组和沉默组均呈现轻微的褪色。此外,RhSAG12的表达水平和离子渗透率在对照组和沉默组中相似。这些结果暗示着RhERF113沉默引起的花衰老与CTK的含量相关。qRT-PCR结果表明RhERF113夕沉默苗中,RhHB6和RhPR10.1的表达显著下调。因此,我们分离得到了RhHB6编码区上游长约1500bp的启动子序列,并发现RhHB6基因启动上有与RhERF113相结合的瞬时作用元件。此外,我们分析了RhERF113沉默对月季叶片衰老的作用。我们采用了 VIGS技术和功能分析来探究RhERF113对月季叶片衰老的调节作用。我们利用VIGS技术在月季植株中对RhERF113进行沉默。表型分析表明,RhERF113沉默导致植株叶片衰老提早。为了证实RhERF113的沉默效率,我们检测了RhERF113沉默株系中离子渗透率和叶绿素含量的变化,及SAG12和PAG(光合相关基因)的表达,将这些指标作为衰老进程的标记来证明RhERF113沉默对于促进叶片衰老起到了关键的作用。在依赖于年龄的叶片衰老过程中,我们通过对比野生型、TRV组和RhERF113沉默组中叶片的黄化程度来判断RhERF113沉默对依赖于年龄的叶片衰老的效果,同样我们检测了叶片圆片的表型,以期明确RhERF113沉默对于促进离体叶片衰老的作用。沉默15天后,RhERF113沉默组的叶片开始变黄,而对照组和野生型的叶片为绿色,未见衰老表型。沉默25-30天后,RhERF113沉默叶片完全变为黄色,而且表现出凋亡的迹象。然而,野生型和TRV组的叶片保持完整,并且只表现了部分黄化。沉默3周后,对照组和野生型叶片中的叶绿素含量开始降低,然而在沉默5周后,沉默叶片中叶绿素含量已经降低了 45-50%。此外,我们还探究了ERF家族的另外一个成员RhERF003在月季花瓣衰老中的作用。RT-PCR结果表明,RhERF003参与乙烯诱导的衰老,其表达水平被乙烯处理诱导。此外发现,RhERF003的表达水平在花瓣衰老期间明显积累。通过VIGS方法,探讨了RhERF003在月季花瓣衰老过程中的作用。结果表明,沉默RhERF003,当外源施加乙烯能够明显抑制花瓣的衰老进程。有趣的是,我们探讨了外源激素处理和糖处理对RhERF003调节的花瓣衰老的影响。结果表明,外源糖处理,恢复了RhERF003沉默抑制的花瓣衰老进程。这些结果暗示了 RhERF003通过调节糖含量来调节花瓣的衰老进程。
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