园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (6): 1241-1255.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0774
马星云, 范冰丽, 唐光彩, 贾芝琪, 李营, 薛东齐, 张世文*()
收稿日期:
2024-01-26
修回日期:
2024-04-19
出版日期:
2024-12-18
发布日期:
2024-06-21
通讯作者:
基金资助:
MA Xingyun, FAN Bingli, TANG Guangcai, JIA Zhiqi, LI Ying, XUE Dongqi, ZHANG Shiwen*()
Received:
2024-01-26
Revised:
2024-04-19
Published:
2024-12-18
Online:
2024-06-21
摘要:
在植物的生长发育过程中,类胡萝卜素对叶、花、果的着色有着重要影响,是果实发育过程中的主要色素物质。1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶基因(DXR)参与了类胡萝卜素的合成,构建番茄DXR基因编辑株系和超量表达株系,发现基因编辑株系叶片呈现黄色甚至白色,叶片的叶绿素含量和最大PSⅡ的光能转换效率显著降低,细胞叶绿体发育受到影响,类囊体数量减少;花瓣边缘白化,红熟期果实颜色变为橙色甚至黄色,果实番茄红素、类黄酮等含量有不同程度降低。而超量表达株系与野生型对照相比无明显差异,但可溶性固形物含量明显增多。通过转录组测序发现,SlDXR与类黄酮生物合成、类胡萝卜素生物合成等途径相关。推测SlDXR可能通过调控萜类化合物的合成来影响番茄果实着色。
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基因序列 Primer name | 正向引物序列(5′-3′) Forward primer sequence | 反向引物序列(5′-3′) Reverse primer sequence |
---|---|---|
Actin | GTCCTCTTCCAGCCATCCAT | ACCACTGAGCACAATGTTACCG |
Solyc03g114340(DXR) | AAGGCAGAGTTGGGATGGTC | TTGTCCGGATTCTCAGCGAC |
Solyc04g012120(14-3-3) | GAGCTAGGAGAGCATCGTGG | GCAACTTGAGGATGCCGTTAC |
Solyc03g034180(14-3-3) | TGATGATGCCATCGCAGAGC | TCATCCGTGGTATCAGAAGTCC |
Solyc01g079620(MYB12) | GGGCATCAAGAGAGGCAGAT | AACGACCTCCAAGAGCCTTC |
Solyc11g013110(FLS) | AAGATTTGGCCTCCTCCTGC | TCCAAACCAAGCCCAAGTGA |
Solyc04g040190(LCYB) | GTGCTCGATGCAACTGGCTT | GGTGCTCTTCCACTTCAGCC |
Solyc12g008980(LCYE) | TGGTGTATGGGAGGACGAGT | AACTCTTCCATAGGCACGGC |
Solyc05g010320(CHI) | GAATCCTCTGGGCTCCAACA | ACACACCGATCGCAGTAAAC |
表1 qRT-PCR所用引物序列
Table 1 Sequence of primers used for qRT-PCR
基因序列 Primer name | 正向引物序列(5′-3′) Forward primer sequence | 反向引物序列(5′-3′) Reverse primer sequence |
---|---|---|
Actin | GTCCTCTTCCAGCCATCCAT | ACCACTGAGCACAATGTTACCG |
Solyc03g114340(DXR) | AAGGCAGAGTTGGGATGGTC | TTGTCCGGATTCTCAGCGAC |
Solyc04g012120(14-3-3) | GAGCTAGGAGAGCATCGTGG | GCAACTTGAGGATGCCGTTAC |
Solyc03g034180(14-3-3) | TGATGATGCCATCGCAGAGC | TCATCCGTGGTATCAGAAGTCC |
Solyc01g079620(MYB12) | GGGCATCAAGAGAGGCAGAT | AACGACCTCCAAGAGCCTTC |
Solyc11g013110(FLS) | AAGATTTGGCCTCCTCCTGC | TCCAAACCAAGCCCAAGTGA |
Solyc04g040190(LCYB) | GTGCTCGATGCAACTGGCTT | GGTGCTCTTCCACTTCAGCC |
Solyc12g008980(LCYE) | TGGTGTATGGGAGGACGAGT | AACTCTTCCATAGGCACGGC |
Solyc05g010320(CHI) | GAATCCTCTGGGCTCCAACA | ACACACCGATCGCAGTAAAC |
引物名称 Primer name | 正向引物序列(5′-3′) Forward primer sequence | 反向引物序列(5′-3′) Reverse primer sequence |
---|---|---|
CP098-SlDXR | AATCTAACAGTGTAGTTTGTGAGCCAGGAAGGCAGAGTTGTTTTAGAGCTAGAAATAGC | CTATTTCTAGCTCTAAAACTGCTCCCCAGGTATAATCTCCAAACTACACTGTTAGATTC |
pHellgate8-SlDXR | CATTTGGAGAGGACACGCTCGAGATGGCCCTCAATTTGCTTTCTC | TCTCATTAAAGCAGGACTCTAGATACAAGAGCTGGACTCAAACCAGAT |
pCAMBIA1302-SlDXR-GFP | ACGGGGGACTCTTGACCATGGATGGCCCTCAATTTGCTTTCTC | AAGTTCTTCTCCTTTACTAGTTACAAGAGCTGGACTCAAACCAGAT |
pMV2-SlDXR | TGCATCCAACGCGTTGGGAGCTCGCCTGCATCACACCCGTAT | GCCTTCGCCATTCTAGACTCGAGGCTATGTGTCTCGTTGTGGC |
表2 表达载体所用引物序列
Table 2 Sequence of primers used for expression vectors
引物名称 Primer name | 正向引物序列(5′-3′) Forward primer sequence | 反向引物序列(5′-3′) Reverse primer sequence |
---|---|---|
CP098-SlDXR | AATCTAACAGTGTAGTTTGTGAGCCAGGAAGGCAGAGTTGTTTTAGAGCTAGAAATAGC | CTATTTCTAGCTCTAAAACTGCTCCCCAGGTATAATCTCCAAACTACACTGTTAGATTC |
pHellgate8-SlDXR | CATTTGGAGAGGACACGCTCGAGATGGCCCTCAATTTGCTTTCTC | TCTCATTAAAGCAGGACTCTAGATACAAGAGCTGGACTCAAACCAGAT |
pCAMBIA1302-SlDXR-GFP | ACGGGGGACTCTTGACCATGGATGGCCCTCAATTTGCTTTCTC | AAGTTCTTCTCCTTTACTAGTTACAAGAGCTGGACTCAAACCAGAT |
pMV2-SlDXR | TGCATCCAACGCGTTGGGAGCTCGCCTGCATCACACCCGTAT | GCCTTCGCCATTCTAGACTCGAGGCTATGTGTCTCGTTGTGGC |
图1 SlDXR 在番茄各个组织中的表达量 各组织与根中相对表达量相比。
Fig. 1 Relative expression of SlDXR in various tissues of tomato Comparison of relative expression levels between tissues and roots. t-test,* P < 0.05;** P < 0.01
图3 番茄SlDXR在烟草中的亚细胞定位 叠加1为GFP荧光与叶绿体荧光的叠加图;叠加2为明场、GFP荧光和叶绿体荧光的叠加图。
Fig. 3 Subcellular localization of tomato SlDXR in tobacco Superposition 1 represents the superposition of GFP fluorescence and chloroplast fluorescence;Superimposed 2 generations of brighfield,GFP fluorescence and chloroplast fluorescence.
图4 番茄野生型(WT)、T0代SlDXR编辑株系(CR)和超量表达株系(OE)株系的鉴定 A:基因编辑载体CP098阳性检测;B:超量表达载体pHellsgate8阳性检测;C:CRISPR/Cas9基因编辑SlDXR的靶点和突变位点;D:CR株系的SlDXR基因序列。
Fig. 4 Identification and gene expression detection of tomato wild type(WT),T0 generation SlDXR edited lines(CR)and overexpressed lines(OE) A:Positive detection of gene editing vector CP098;B:Positive detection of overexpression lines vector pHellsgate8;C:Target and mutation sites of CRISPR/ Cas9 gene editing SlDXR;D:SlDXR gene sequence of CR lines.
图6 番茄野生型(WT)、SlDXR编辑株系(CR)和超量表达株系(OE)的表型与光合相关指标测定 A:T0代阳性植株;B:T2代叶片叶绿素荧光成像;C:叶片最大PSⅡ的光能转换效率;D:叶片叶绿素含量。** P < 0.01。
Fig. 6 Phenotypic and photosynthetic related indexes determination of tomato wild type(WT),SlDXR edited(CR)and overexpressed(OE)lines A:T0 generation positive plants;B:T2 generation leaf chlorophyll fluorescence imaging;C:The light energy conversion efficiency of the maximum PSⅡof the leaves;D:Chlorophyll content in leaves. ** P < 0.01.
图8 番茄野生型(WT)、SlDXR编辑株系(CR)和超量表达株系(OE)果实表型及其相关生理指标
Fig. 8 Fruit phenotype and related physiological indexes of tomato wild type(WT),SlDXR edited(CR)and overexpression lines(OE) * P < 0.05;** P < 0.01.
图9 SlDXR相关基因在番茄野生型(WT)、SlDXR编辑株系(CR)和超量表达株系(OE)叶片(A、B)和红熟果实(C ~ G)中的表达量
Fig. 9 Relative expression levels of SlDXR-related genes in tomato wild type(WT),SlDXR edited(CR)and overexpressed(OE)lines in leaves(A,B)and red ripe fruits(C-G) ** P < 0.01;*** P < 0.001.
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