蔓菁BrrTCP4b 参与调控紫外辐射耐受性的分子机理研究

	蔓菁BrrTCP4b 参与调控紫外辐射耐受性的分子机理研究; Molecular Mechanism of Brassica rapa ssp. rapa BrrTCP4b Gene Enhancing Plant Tolerance to UV-B Radiation
	杜建灿
导师	杨永平
学位专业	植物学
关键词	蔓菁花青素 BrrTCP4b BrrLOX2 BrrUVR8
摘要	转录因子又称反式作用因子，通过结合到基因启动子区域的顺式作用元件，激活或抑制基因转录。TCP转录因子是植物特有的一个转录因子家族，具有保守bHLH结构域，这个结构域是DNA结合、蛋白质相互作用所必须的。TCP转录因子在植物的生长发育（叶型、分枝、花型）、逆境胁迫应答（温度胁迫、盐胁迫）、信号转导途径（茉莉酸、油菜素内酯、细胞分裂素、赤霉素）中具有重要作用。在拟南芥、马铃薯、番茄及棉花等作物中均有关于TCP转录因子功能的研究报道。但至今没有关于蔓菁TCP转录因子的研究。蔓菁是十字花科芸薹属的蔬菜作物，有膨大的肉质根。我国蔓菁主要分布于青海、西藏、云南、河北和四川等地，是青藏高原地区传统种植的作物。蔓菁能够抵抗高海拔的强紫外线、强风、干旱、低温、低氧等恶劣的环境。本研究以蔓菁为实验材料结合PacBio三代测序技术、分子生物学手段及生理生化实验，以期解决蔓菁合成花青素与环境适应性之间关系，以及TCP基因与花青素合成之间的调控关系。课题组收集了一百多份蔓菁种质资源，同质园栽培实验发现，来自香格里拉同一个地方的两个蔓菁品种“KTRG-B48a”和“KTRG-B48b”的根、茎、叶有明显差异。“KTRG-B48a”肉质根相对较小，叶柄和肉质根白色，叶片表皮毛分布较少；而“KTRG-B48b”肉质根较大，叶柄和肉质根为紫色，叶片表皮毛分布较多且硬。将两个品种种植到光照更强、海拔更高的拉萨，发现“KTRG-B48b”从小苗期就有明显花色素积累，且表现出更强的适应性。LC-MS试验确定该花色素物质是矮牵牛花色素，将两个品种进行PacBio三代测序分析，鉴定到与花青素性状显著关联的转录本，对显著关联的转录本进行KEGG富集分析、基因表达量分析，发现在蔓菁花青素合成过程中有四个基因CHS、F3H、DFR和ANS显著差异表达，qPCR验证结果与转录组分析结果一致。植物花青素合成通路研究的比较透彻，但是上游调控基因的研究相对较少。为进一步研究蔓菁TCP基因对花青素合成的调控机制，我们首先利用生物信息对蔓菁TCP转录因子家族进行系统进化分析、基因结构分析及基因功能分析，以期对后期开展蔓菁TCP基因家族研究提供指导。生物信息分析鉴定了蔓菁39个TCP基因，39个基因不均一地分布在10条染色体，且均定位于细胞核；酵母双杂交实验显示，TCP家族转录因子更容易形成异源二聚体；基因表达量结果显示，TCP基因有更广的表达模式。基因功能研究显示TCP家族CIN小组成员BrrTCP2通过抑制细胞增殖影响叶片发育。同时发现BrrTCP4b参与花青素合成和表皮毛发育。通过分子与生化分析以及遗传验证实验，我们发现BrrTCP4b能够结合到茉莉酸合成通路中BrrLOX2基因的启动子区域，激活BrrLOX2的表达，进而促进茉莉酸的积累，高水平的茉莉酸进一步调控花青素合成和表皮毛发育。通过拟南芥转基因遗传实验我们发现BrrTCP4b通过JA通路调控花青素合成及表皮毛发育是保守的。为了深入研究BrrTCP4b的功能，我们以BrrTCP4b为诱饵蛋白，利用酵母双杂交技术，筛选蔓菁酵母文库，筛到一个紫外受体蛋白BrrUVR8。利用蛋白互作验证实验（pull-down、BIFC、Co-IP）证明BrrTCP4b和BrrUVR8两个蛋白存在互作关系。BrrUVR8通过与BrrTCP4b互作增强对BrrLOX2的激活作用，单独没有激活功能。利用遗传学方法研究发现过表达TCP4能够增强植物对紫外辐射的耐受性，并且是依赖于LOX2调控的花青素通路。综上所述，我们得出如下结论，紫外信号促进UVR8进入细胞核与BrrTCP4b互作，增强LOX2的表达进而提高JA调控的蔓菁花青素合成和表皮毛发育的基因表达，高含量的花青素积累和表皮毛数量，反过来对蔓菁具有保护作用，增强蔓菁对高原强紫外辐射的耐受性。关键词：蔓菁，花青素，茉莉酸，BrrTCP4b，BrrLOX2，BrrUVR8
	2019-06
学位授予单位	中国科学院昆明植物研究所
学位名称	博士
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/73996
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	杜建灿. 蔓菁BrrTCP4b 参与调控紫外辐射耐受性的分子机理研究, Molecular Mechanism of Brassica rapa ssp. rapa BrrTCP4b Gene Enhancing Plant Tolerance to UV-B Radiation[D]. 中国科学院昆明植物研究所,2019.

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外辐射耐受性的分子机理研究.pdf（6695KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-ND	请求全文