苹果转录因子MdMYC2与MdERF3对α-法尼烯生物合成的转录调控

论文摘要

α-法尼烯是一种倍半萜类挥发性有机化合物,存在于多种植物的叶片、花和果实中,它在植物防御中扮演着重要角色,同时也与植物的抗冷性、昆虫的诱导及低温贮藏的苹果和梨果实重大的生理代谢紊乱-虎皮病的发生有关。法尼烯又是一种优良生物燃料法尼烷的前体,近年来受到了人们的广泛关注,具有广阔的市场价值。以往有关α-法尼烯的研究大多集中在其代谢途径中关键酶的基因克隆、生物学功能和代谢工程上,而转录因子对苹果α-法尼烯生物合成的调控机制未见报道。本项研究结果发现,苹果中的转录因子MdMYC2（bHLH转录因子）和MdERF3（Ethylene response factor 3）能够激活α-法尼烯合成途径中最后一步关键酶基因MdAFS的启动子区域,上调MdAFS基因的表达,从而使下游产物α-法尼烯得到积累。主要结论如下:（1）利用qRT-PCR技术对MdAFS基因在青香蕉苹果叶片的激素诱导表达进行分析,发现MdAFS基因表达受茉莉酸（JA）、乙烯（ETH）、脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）激素的调节。在常温和低温储藏条件下,利用JA、ETH处理苹果果实均能促进α-法尼烯的合成,而1-MCP处理则抑制α-法尼烯的合成。（2）利用PlantCARE数据库对MdAFS基因启动子进行分析预测,发现启动子区域存在多种响应植物激素（ETH、JA、ABA）和非生物胁迫的顺式作用元件,以及多个MYB、MYC结合位点。根据结合位点的分析,我们筛选到了茉莉酸、乙烯途径中的重要转录因子MdMYC2、MdERF3,研究α-法尼烯合成的调控机制。qRT-PCR分析结果表明,JA、ETH处理诱导MdMYC2、MdERF3的上调表达,同时MdAFS也上调表达,表明MdMYC2、MdERF3与MdAFS基因表达具有相关性。（3）烟草荧光素酶试验表明,转录因子MdMYC2和MdERF3能够激活MdAFS基因启动子。酵母单杂交试验发现,转录因子MdMYC2和MdERF3可以在体外结合MdAFS基因启动子。EMSA试验结果进一步分析发现,转录因子MdERF3能够与MdAFS启动子上的DRE元件直接结合。在苹果愈伤组织中分别过表达MdMYC2和MdERF3,MdAFS基因的表达量均升高,而沉默MdMYC2的愈伤组织中,MdAFS基因的表达量降低。（4）利用果实瞬时转化体系在青香蕉苹果果皮中过量表达转录因子MdMYC2和MdERF3,GC-MS检测结果表明,过表达MdMYC2和MdERF3显著促进了α-法尼烯的合成。（5）转录因子MdMYC2和MdERF3还同时影响α-法尼烯合成途径中的其它关键酶基因HMGR和FPPS的表达,表明转录因子MdMYC2和MdERF3通过激活α-法尼烯代谢途径中多个基因的协同表达,有效地提高α-法尼烯的合成量。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王晴

导师: 张元湖

关键词: 苹果,法尼烯,转录调控

来源: 山东农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 山东农业大学

基金: 国家自然科学基金(No.31370359)

分类号: Q943.2

总页数: 66

文件大小: 6453K

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