园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (2): 295-308.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0816
仲钊江1, 吴震1, 周蓉1, 朱为民2, 杨学东2, 于筱薇1, 徐艳1, 高扬杨1, 蒋芳玲1,*()
收稿日期:
2023-10-18
修回日期:
2023-12-10
出版日期:
2024-02-25
发布日期:
2024-02-26
通讯作者:
基金资助:
ZHONG Zhaojiang1, WU Zhen1, ZHOU Rong1, ZHU Weimin2, YANG Xuedong2, YU Xiaowei1, XU Yan1, GAO Yangyang1, JIANG Fangling1,*()
Received:
2023-10-18
Revised:
2023-12-10
Published:
2024-02-25
Online:
2024-02-26
摘要:
以裂果率差异极显著的番茄为材料,分析了SlPL(Solyc03g111690)基因的表达差异,进一步利用基因遗传转化对其进行功能验证。结果表明,SlPL在易裂番茄‘NT189’中的表达量显著高于耐裂番茄‘NT91’;在番茄果实中的表达量显著高于根、茎、叶、花等器官,且在果实转色期和红熟期表达量较高;通过灌水处理和ABA处理诱导果实开裂,发现在相同处理时期,易裂果材料果实中SlPL表达量总体显著高于耐裂果材料。通过遗传转化获得SlPL过表达(OEPL)和敲除(pl)的株系,与野生型相比,OEPL更易裂果,且果实硬度显著降低,pl果实硬度升高。OEPL果实中原果胶含量显著低于野生型,水溶性果胶含量显著高于野生型,pl果实中原果胶和总果胶含量显著高于野生型;OEPL果实中果胶裂解酶活性显著高于野生型,pl果实中果胶裂解酶活性显著低于野生型。基因表达分析发现,OEPL果实中细胞壁代谢相关基因SlPG2、SlPME2.1、SlCel2、SlGH9C5和乙烯合成途径相关基因SlACS4、SlACO1的相对表达量显著高于野生型,pl果实中则相反。pl果实中乙烯响应因子SlERF2的相对表达量显著高于野生型。果皮显微结构观察发现,与野生型相比,OEPL表皮层细胞和薄壁细胞排列稀疏,而pl果皮细胞排列更为紧密。
仲钊江, 吴震, 周蓉, 朱为民, 杨学东, 于筱薇, 徐艳, 高扬杨, 蒋芳玲. 番茄果胶裂解酶基因SlPL参与调控裂果机制研究[J]. 园艺学报, 2024, 51(2): 295-308.
ZHONG Zhaojiang, WU Zhen, ZHOU Rong, ZHU Weimin, YANG Xuedong, YU Xiaowei, XU Yan, GAO Yangyang, JIANG Fangling. Study on the Regulatory Mechanism of SlPL Gene Affecting Tomato Fruit Cracking[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(2): 295-308.
用途 Purpose | 名称 Name | 序列(5′-3′) Sequence |
---|---|---|
基因克隆引物 Primer for genes clone | pbi121-SlPL-F | gagaacacgggggactctagaATGGGCACTTCCTCTGTTTTTC |
pbi121-SlPL-R | ataagggactgaccacccgggGCAACGAGAACCCTTTTTACAGTT | |
扩增引物 Amplification primers | CRISPR-SlPL-F | ACGAAGGAACAAGGGACCCA |
CRISPR-SlPL-R | CGGGTGGAGAACTGTTTCGG | |
测序引物 Sequencing primers | CRISPR-SlPL-F | CAGATAGGAACAAGGAGT |
CRISPR-SlPL-R | GGTGGAAATGCTATGGTG | |
35S-F | TCCCACTGAATCAAAGGC | |
qPCR引物 Primer for qPCR | Actin-F | CTCTACATACTTGAGAGGTGCC |
Actin-R | AGACGAGGAGAAAACATCACAA | |
SlPL-F | GGAAATCCAATCGACGATTGTT | |
SlPL-R | CGTTTTTCCCAAATCCAATTGC | |
SlCel2-F | TATCAAATGGCGTAGAGACTCC | |
SlCel2-R | ACATTATCTCCGGCATCGTAAT | |
SlPG2-F | CCAAAGGAATAGTATTCTCCTTCTC | |
SlPG2-R | GTTTTTCCATCACCCTTAGCTC | |
SlPME2.1-F | ATGCTACCATCATTACTGGGAG | |
SlPME2.1-R | GATAAGCATCGATACGACAACG | |
SlGH9C2-F | CCAGAAGTACTACCGATCTGTC | |
SlGH9C2-R | TCAGTCATAGACCAACCAGTTC | |
SlACO1-F | CATACAGACGCAGGAGGCATCA | |
SlACO1-R | TAGAGTGGCGCATGGGAGGAA | |
SlACS4-F | CTCCTCAAATGGGGAGTACG | |
SlACS4-R | TTTTGTTTGCTCGCACTACG | |
SlERF2-F | CGACCTATGGCCGACTGATT | |
SlERF2-R | GGTCACGAATTTCAGCAGCC |
表1 本研究中所用的PCR引物
Table 1 PCR primers used in this study
用途 Purpose | 名称 Name | 序列(5′-3′) Sequence |
---|---|---|
基因克隆引物 Primer for genes clone | pbi121-SlPL-F | gagaacacgggggactctagaATGGGCACTTCCTCTGTTTTTC |
pbi121-SlPL-R | ataagggactgaccacccgggGCAACGAGAACCCTTTTTACAGTT | |
扩增引物 Amplification primers | CRISPR-SlPL-F | ACGAAGGAACAAGGGACCCA |
CRISPR-SlPL-R | CGGGTGGAGAACTGTTTCGG | |
测序引物 Sequencing primers | CRISPR-SlPL-F | CAGATAGGAACAAGGAGT |
CRISPR-SlPL-R | GGTGGAAATGCTATGGTG | |
35S-F | TCCCACTGAATCAAAGGC | |
qPCR引物 Primer for qPCR | Actin-F | CTCTACATACTTGAGAGGTGCC |
Actin-R | AGACGAGGAGAAAACATCACAA | |
SlPL-F | GGAAATCCAATCGACGATTGTT | |
SlPL-R | CGTTTTTCCCAAATCCAATTGC | |
SlCel2-F | TATCAAATGGCGTAGAGACTCC | |
SlCel2-R | ACATTATCTCCGGCATCGTAAT | |
SlPG2-F | CCAAAGGAATAGTATTCTCCTTCTC | |
SlPG2-R | GTTTTTCCATCACCCTTAGCTC | |
SlPME2.1-F | ATGCTACCATCATTACTGGGAG | |
SlPME2.1-R | GATAAGCATCGATACGACAACG | |
SlGH9C2-F | CCAGAAGTACTACCGATCTGTC | |
SlGH9C2-R | TCAGTCATAGACCAACCAGTTC | |
SlACO1-F | CATACAGACGCAGGAGGCATCA | |
SlACO1-R | TAGAGTGGCGCATGGGAGGAA | |
SlACS4-F | CTCCTCAAATGGGGAGTACG | |
SlACS4-R | TTTTGTTTGCTCGCACTACG | |
SlERF2-F | CGACCTATGGCCGACTGATT | |
SlERF2-R | GGTCACGAATTTCAGCAGCC |
用途 Purpose | 基础培 养基 Culture medium | 蔗糖/ (g · L-1) Sucrose | 琼脂粉/ (g · L-1) Agaric | 反式玉米素/ (mg · L -1) trans-ZT | IAA/ (mg · L -1) | IBA /(mg · L -1) | AS / (mg · L -1) | 特美汀/ (mg · L -1)Trimethoprim | 卡那霉素/ (mg · L -1)Kanamycin |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
播种 Seeding | 1/2MS | 30 | 7.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
预培养 Pre-culture | MS | 30 | 9 | 2 | 0.1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
悬浮培养 Slave culture | MS | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 | 0 | 0 |
共培养 Co-culture | MS | 30 | 9 | 2 | 0.1 | 0 | 100 | 0 | 0 |
筛选培养1 Screen 1 | MS | 30 | 9 | 2 | 0.1 | 0 | 0 | 200 | 50 |
筛选培养2 Screen 2 | MS | 30 | 9 | 0.2 | 0.1 | 0 | 0 | 400 | 50 |
生根 Rooting | 1/2MS | 30 | 7.5 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 50 |
表2 番茄遗传转化过程中使用的培养基配方
Table 2 Formulation of media used in the genetic transformation of tomato
用途 Purpose | 基础培 养基 Culture medium | 蔗糖/ (g · L-1) Sucrose | 琼脂粉/ (g · L-1) Agaric | 反式玉米素/ (mg · L -1) trans-ZT | IAA/ (mg · L -1) | IBA /(mg · L -1) | AS / (mg · L -1) | 特美汀/ (mg · L -1)Trimethoprim | 卡那霉素/ (mg · L -1)Kanamycin |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
播种 Seeding | 1/2MS | 30 | 7.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
预培养 Pre-culture | MS | 30 | 9 | 2 | 0.1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
悬浮培养 Slave culture | MS | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 | 0 | 0 |
共培养 Co-culture | MS | 30 | 9 | 2 | 0.1 | 0 | 100 | 0 | 0 |
筛选培养1 Screen 1 | MS | 30 | 9 | 2 | 0.1 | 0 | 0 | 200 | 50 |
筛选培养2 Screen 2 | MS | 30 | 9 | 0.2 | 0.1 | 0 | 0 | 400 | 50 |
生根 Rooting | 1/2MS | 30 | 7.5 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 50 |
图2 耐裂果番茄‘NT91’和易裂果番茄‘NT189’SlPL的表达模式 使用SPSS-Statistics(版本25.0,IBM,美国)进行单因素方差分析,不同字母表示样品间差异显著(P < 0.05)。下同。
Fig. 2 Expression patterns of SlPL in crack-resistant tomato‘NT91’and crack-susceptible tomato‘NT189’ One-way ANOVA was performed using SPSS-statistics(version 25.0,IBM,USA),with different letters indicating significant differences between samples(P < 0.05). The same below.
图3 番茄野生型(WT)‘Micro Tom’、SlPL过表达(OEPL)和敲除(pl)株系的表型和果实横径及硬度
Fig. 3 Phenotypes and fruit diameter across and firmness of wild-type(WT)tomato‘Micro Tom’,SlPL overexpression(OEPL)and knockout(pl)lines
图4 番茄野生型(WT)‘Micro Tom’、SlPL过表达(OEPL)和敲除(pl)株系果实果胶含量及果胶裂解酶活性
Fig. 4 Fruit pectin content and pectin cleavage enzyme activity of wild-type(WT)tomato‘Micro Tom’,SlPL overexpression(OEPL)and knockout(pl)lines
图5 番茄野生型(WT)‘Micro Tom’、SlPL过表达(OEPL)和敲除(pl)株系果实中细胞壁代谢相关基因的相对表达量
Fig. 5 Relative expression of cell wall metabolism-related genes in fruits of wild-type(WT)tomato‘Micro Tom’,SlPL overexpression(OEPL)and knockout(pl)lines
图6 番茄野生型(WT)‘Micro Tom’、SlPL过表达(OEPL)和敲除(pl)株系果实中乙烯合成相关基因和乙烯响应因子的相对表达量
Fig. 6 Relative expression of ethylene synthesis-related genes and ethylene response factors in fruits of wild-type(WT)tomato‘Micro Tom’,SlPL overexpression(OEPL)and knockout(pl)lines
图7 耐裂果番茄‘NT91’和易裂果番茄‘NT189’果皮横切面组织结构
Fig. 7 Histological structure of pericarp cross sections of crack-resistant tomato‘NT91’and crack-susceptible tomato‘NT189’
图8 番茄野生型(WT)‘Micro Tom’、SlPL过表达(OEPL)和敲除(pl)株系果实果皮横切面组织结构
Fig. 8 Histological structure of fruit pericarp cross sections of wild-type(WT)tomato‘Micro Tom’,SlPL overexpression(OEPL)and knockout(pl)lines
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