LncRNA6978在番茄果实成熟和乙烯代谢中的调控作用研究

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果实成熟是一个复杂的过程,通过多种因子的互作调控引起果实内部一系列的生理和生化变化。其中,长链非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)是近年来新挖掘的调控因子,能够在果实成熟、物质代谢等过程中发挥作用。果蔬作物中的lncRNA数量种类繁多,每一种都可能有不同的生物学功能和作用机制。我们在前期研究中利用组学技术筛选到了在番茄果实成熟中表达显著上调的lncRNA(LOC101266978,简称lncRNA6978),但关于其在果实成熟中的作用及机制尚不清楚。本研究以模式植物番茄为实验材料,利用病毒诱导基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术和超表达技术分别沉默和超表达番茄果实的lncRNA6978基因,研究其对果实成熟的影响,同时结合外源乙烯利和1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)处理,探索了lncRNA6978对果实乙烯代谢的影响。主要研究结果如下:(1)成功构建了pTRV2-lncRNA6978沉默载体和p RI101-lncRNA6978超表达载体,并获得了lncRNA6978沉默和超表达果实。和对照相比,lncRNA6978沉默后显著延缓了果实转色、硬度下降、可溶性固形物和番茄红素的积累,抑制了果实电导率、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、超氧阴离子(O2·-)和过氧化氢(H2O2)的升高,延缓了果实成熟;而lncRNA6978超表达加快了果实成熟,但对可溶性固形物影响不大。上述结果证明了lncRNA6978的表达可以促进果实成熟。(2)LncRNA6978沉默抑制了乙烯代谢途径中ACC合成酶(ACC synthase,ACS)和ACC氧化酶(ACC oxidase,ACO)的活性以及相关基因(Sl ACS2、Sl ACS4、Sl ACO1、Sl ACO4)的表达量,抑制乙烯产生速率及呼吸速率。同时,lncRNA6978沉默减弱了外源乙烯利处理对于果实内ACS和ACO及其基因的诱导作用,说明lncRNA6978对采后番茄果实的乙烯代谢起着正向调控作用。(3)LncRNA6978超表达能够降低1-MCP对于果实成熟指标及乙烯合成相关酶活性和基因(Sl ACS2、Sl ACO1、Sl ACO4)表达的抑制作用,推测lncRNA6978可能通过影响乙烯受体来参与果实的乙烯代谢过程。(4)利用CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats and associated Cas9 protein)技术构建了CRISPR/Cas9-lncRNA6978基因编辑重组载体,并对材料进行了组织培养,为今后获得可稳定遗传的lncRNA6978突变材料,深入揭示lncRNA6978在果实成熟和乙烯代谢中的调控作用机制奠定基础。
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