调控果实早期发育的TALE转录因子的功能及调控机制

Tomato fruit is not only important products , but also a developmental model of flesh fruit. The shape, size and mass of tomato fruit are controlled by the early developmental stages of fruit. Thus it is necessary for us to learn more about this developmental process. TALE is an vital transcription factor family in the development of higher plant due to their roles in meristem maintenance and the cell fate determination of promodia. However, their roles and functions of many members in flesh fruit development are still unknown. We identified several TALE members, which expressed at flower and early fruit developmental stages, and will explore their functions in controlling fruit early development. We will mutate these TALE genes by CRISPR/cas9 in tomato, and further to determine their interacted protein and downstream targets to figure out their roles in regulation of flesh fruit development.

番茄果实不仅是重要的产品器官,也是研究鲜果发育的重要模式。果实发育的前期就已经决定了番茄果实的形态，重量及大小等重要产量性状，因此果实早期发育调控在整个番茄果实发育过程中至关重要。TALE家族的转录因子参与调控植物发育的诸多方面，主要在顶端分生组织的维持及器官形态建成中发挥重要作用，但是其在番茄果实早期发育中的功能到目前为止还少有研究。本研究通过对番茄中TALE家族成员的表达谱及进化分析，结合番茄驯化的研究结果，拟对番茄中若干在果实早期特异表达的TALE家族成员的功能进行探索，通过基因编辑技术获得番茄相关突变体，并进一步对其相互作用蛋白及其下游基因进行发掘，解析这些TALE家族成员在番茄果实早期发育中的功能，阐明其在果实发育及品质形成中的作用机制，为鲜果发育调控网络的构建提供理论指导。

番茄果实营养丰富，在世界范围内被广泛栽培，是世界上重要的蔬菜作物之一，也是研究果实发育的重要模式植物。番茄果实的发育状况将直接影响其产量与品质，因此研究果实发育具有重要的理论和实践意义。本研究通过对番茄果实早期发育中四个不同时期的材料进行细胞学观察与转录组分析，解析了果实早期发育不同组织中基因的动态变化规律，挖掘了一些参与果实早期发育的重要调控因子；通过对在果实早期表达的TALE家族成员的功能分析，证明了TALE家族成员参与番茄果实发育调控。具体研究结果如下：.（1）对0DPAe（开花当天，去雄）、1DPA（花后一天，未去雄）、2DPA（花后两天，未去雄）和5DPA（花后五天，未去雄）四个时期番茄果实进行细胞学观察，结果显示， 2DPA果实的细胞层数有所增加，表明此时期细胞分裂已经开始；5DPA的果实子房壁厚度明显增加，细胞体积增大，说明番茄果实在受精后5天已经进入细胞膨大时期。.（2）通过对以上四个时期果实的子房壁与胚珠进行转录组分析发现，番茄果实发育早期基因的表达具有时空动态性；一些与植物激素合成、运输、响应有关的基因在不同果实发育时期具有不同的表达模式；一些基因在子房壁和胚珠中特异表达。.（3）转录组分析结果显示，5个TALE家族成员Solyc01g100510、Solyc05g005090、Solyc06g074120、Solyc09g011380和Solyc11g069890在花和果实中较为特异表达。.（4）通过CRISPR/CAS9基因编辑对这5个TALE家族成员在果实发育中的功能进行了研究，获得了BL2（Solyc06g074120）和TKN3 （Solyc05g005090） T1代CRISPR敲除纯合突变体。与野生型番茄相比，获得的bl2的纯合突变体均具有果皮局部颜色变浅的表型。tkn3的突变导致了果实形状变扁、花（除柱头外）器官变大、叶片颜色变深、叶片表面产生瘤状突起等一系列表型。.（5）通过酵母双杂交鉴定了番茄中不同TALE家族成员蛋白质间的相互作用，结果显示，与拟南芥等其他植物的研究结果相似，番茄中不同KNOX亚家族与BELL亚家族的成员间也存在相互作用，可以作为异源二聚体发挥作用。 .