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Histological,transcriptomic,and gene functional analyses reveal the regulatory events underlying gibberellin-induced parthenocarpy in tomato

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Horticultural Plant Journal 2024年第1期10卷 156-170页

作者： Shaobo Niu Yu He Siwei Yan Zhengliang Sun Run Cai Yan Zhang Shaanxi Engineering Research Center for Vegetables College of HorticultureNorthwest A&F UniversityYanglingShaanxi 712100China

Gibberellin(GA)is one of the major plant hormones that promote parthenocarpy,a highly valuable agronomic trait.Here,we demonstrated that exogenous GA3application triggered the formation of parthenocarpic fruits with smaller size but unchanged shape in tomato(Solanum lycopersicum).These fruits exhibited a thicker pericarp,undeveloped ovules,and few jelly tissues,leading to smaller locules with empty cavities.Histological investigation showed that GA treatment produced more cell layers with larger cells in the pericarp,suggesting its promotion in both cell division and expansion.Transcriptomic analyses between GA-3and mock-treated unpollinated ovaries/fruits identified a large number of differentially expressed genes related to hormones,cell division,cell expansion,and transcription factors,implying that they coordinately regulated parthenocarpy conferred by GA.In particular,the downregulation of five reported repressors of tomato parthenocarpy,including two auxin signaling components,AUXIN RESPONSE FACTOR5(SlARF5)and Sl ARF7,and three MADS-box genes,TOMATO APETALA3(TAP3),TOMATO PISTILLATA(TPI),and AGAMOUS-LIKE6(SlAGL6),after GA treatment might play a key role in this process.Furthermore,we found that the knockdown of a GA signaling factor slmyb33,which was depressed by GA treatment,induced parthenocarpic fruit set in tomato,an effect that might have been achieved by enhancing GA biosynthesis and decreasing the expression of some repressors of tomato parthenocarpy.Thus,our results provide a basis for understanding the regulatory mechanism of GA in tomato parthenocarpy.

关键词： Tomato Gibberellin Parthenocarpy Histology Transcriptome slmyb33

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赤霉素信号转导因子slmyb33在番茄花发育中的功能分析

赤霉素信号转导因子SlMYB33在番茄花发育中的功能分析

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作者：张杰西北农林科技大学

学位级别：硕士

番茄(Solanum lycopersicum L.)是世界上栽培范围最广泛的蔬菜作物之一,在我国蔬菜生产中占据重要地位。花是植株从营养生长转向生殖生长的标志,也是大多数植物繁衍的重要器官。赤霉素是重要的植物激素之一,其信号转导因子GAMYB在植物... 详细信息

番茄(Solanum lycopersicum L.)是世界上栽培范围最广泛的蔬菜作物之一,在我国蔬菜生产中占据重要地位。花是植株从营养生长转向生殖生长的标志,也是大多数植物繁衍的重要器官。赤霉素是重要的植物激素之一,其信号转导因子GAMYB在植物花发育过程中起着关键作用,目前GAMYB调控番茄花器官发育的分子机制尚不清楚。本文以slmyb33基因为研究对象,通过基因克隆、生物信息学分析、表达模式分析及遗传转化等方法探讨其在番茄花发育中的生物学功能,旨在揭示赤霉素调控番茄花发育的分子机制,完善番茄花发育理论,为番茄新种质创制以及新品种选育提供基因资源和理论依据。主要试验结果如下:1.番茄slmyb33基因的克隆与生物信息学分析。克隆了slmyb33基因,slmyb33定位在6号染色体上,其CDS序列全长1515bp,编码504个氨基酸,包含3个外显子和2个内含子,氨基酸序列比对和进化树分析表明,slmyb33具有保守结构域R2R3,同时也含有GAMYB家族特有的保守元件Box1、Box2、Box3,与茄科的马铃薯的GAMYB同源处于同一进化分枝,说明slmyb33属于MYB家族的同源基因。2.番茄slmyb33基因的表达模式。利用qPCR技术分析了slmyb33在番茄种子、根、茎、叶、花和果实等不同器官中的表达特性。结果表明,slmyb33在被检测的所有器官中都有表达,花的表达水平最高,表明其可能在番茄花器官的发育调控中起着重要作用。3.番茄slmyb33基因的功能验证。构建了slmyb33过表达载体和RNAi干扰载体,分别进行了番茄(Micro-Tom)遗传转化,获得slmyb33过表达植株13株和RNAi干扰植株15株。T0代番茄slmyb33转基因植株表型分析表明:slmyb33过表达植株中部分花柱头外露,花柱长度高于雄蕊,花粉萌发率和果实坐果率显著低于野生型;RNAi干扰植株中部分花柱头显著外露,影响授粉受精,具有单性结实现象。4.番茄slmyb33基因启动子功能分析。获得了slmyb33的启动子序列,并对其进行了功能预测分析归类,大部分的功能主要集中在与生长素响应或者光调控或者抗逆胁迫响应相关等方面。

关键词：番茄 slmyb33 花发育过表达 RNAi

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