番茄紫茎基因的克隆与鉴定

克隆一批番茄功能基因是番茄遗传改良的重要基础，也是当前国际上基因资源激烈竞争的热点。针对我国番茄基因资源研究滞后、特别是缺乏拥有自主知识产权的功能基因问题，拟以野生潘那利番茄LA716、栽培番茄骨干系1052和绿茎番茄102-827为材料，构建潘那利番茄近等基因系群体，克隆番茄的紫茎基因Ah，并研究其对低温和低磷胁迫的反应。主要目标是：1）构建由240个株系组成的潘那利番茄近等基因系群体；2）采用图位克隆法、生物信息学技术和形态学鉴定方法，结合课题组已测完的60个番茄品种的基因组DNA序列信息，对番茄的紫茎基因Ah进行克隆和功能鉴定；3）初步研究紫茎基因对低温和低磷胁迫的反应。研究结果将为进一步克隆番茄薯叶、黄叶、全缘、明脉、复花序、大花萼、绿条纹、无色果皮、绿果肉等质量基因和有关产量、品质、抭逆性等数量性状QTL奠定技术基础。

花青素属于类黄酮类化合物，可提高植物对低温、干旱、紫外线伤害等环境胁迫的抵抗能力，还可以预防冠心病、提高视力、预防癌症等。因此，克隆与花青素合成和代谢相关的关键基因具有重要的理论和实践意义。本研究以野生潘那利番茄LA0716和栽培番茄骨干亲本1052为主要材料，结合常规育种、分子标记、图位克隆、生物信息学等该法方法进行了野生潘那利番茄近等基因系群体构建、番茄紫茎基因AH的精细定位及克隆以及AH的基因的功能研究三部分工作，并取得以下结果：1）构建成了栽培番茄1052和野生潘那利番茄LA0716杂交后代的由213个株系构成的单片段渐参系群体，该群体以栽培番茄l052为遗传背景每个株系含有一个较短的野生潘那利番茄的染色体片段，所有株系含有的染色体片段覆盖整个潘那利番茄的基因组，同时完成了213个渐渗系渗入片段长度的遗传分析和全基因组的遗传分析，借助于该群体已将控制番茄株高、形状、颜色、叶片花青素含量、雌性不育、网纹果皮等实基因进行了精细定位，并构建了部分性状的亚近等基因系群体；2）运用图位克隆的方法，将花青素合成基因紫茎基因AH精细定位于番茄9号染色体，随后克隆了该基因，分析表明该基因编码一个bHLH转录因子，等位互补杂交试验表明该基因为AH基因。AH基因已提交GenBank，序列号为KR076778，其RNA序列保存于NCBI Sequence Read Archive (SRA)数据库，序列号为476 SRP064591；3）将AH在突变体FMTT271中过量表达，转基因植物的叶片及果实的花青素的含量极显著的提高，与此同时，花青素合成途径中花青素合成酶基因的表达量也显著的高于对照植物。本研究还发现AH在苗期的表达受发育调控，低温能够诱导AH的表达，AH通过花青素合成途径中酶基因的表达，促进叶片中花青素的合成，进而提高番茄幼苗对低温的抵抗能力。项目执行期间发表论文6篇，培养博士生2名，硕士5名，其中4名硕士生和1名博士已毕业。