MAX1调控草莓果实早期发育分子机理解析

Early development of fruit determine their shape and yield. However, the molecular regulatory mechanism of early fruit development remains unknown. In previous studies, it was found that the transcriptional level of strawberry MAX1, a key gene in strigolactone biosynthesis, was significantly increased in the early development, but fell dramatically with fruit development. Additionally, fluridone inhibit the transcription of MAX1 gene and delay strawberry fruit development. Strawberry MAX1 may restore the branching phenotype of Arabidopsis strigolactone deletion mutant max1-1, indicating that MAX1 may regulate strawberry early fruit development by strigolactone biosynthesis. Hence, with the aim of analyzing the role of MAX1 in strigolactone biosynthesis, Benihoppe, a cultivar of strawberry, will be used as material to have a complete survey of the relation between MAX1 and the content of strigolactone in fruit. With the RNAi, overexpression, genetic transformation system, and time-space characteristics of the gene, regulation of MAX1 in early fruit development will be clearly elucidated . To build an up- and down-stream regulating network of MAX1 gene in early fruit development, transcriptome of transgenic-fruit and cis-element will be analyzed. Our project is aim at revealing the molecular mechanism of MAX1 in regulating early fruit development and exploring a new hormone network in fruit development of strawberry, thereby contributing to the strawberry molecular breeding with enhanced quality traits.

果实早期发育决定了果形和产量，但早期发育调控机理尚不明确。在青年基金实施过程中，研究发现草莓独脚金内酯合成关键基因MAX1转录水平在果实早期发育阶段明显高于其它时期，且随果实发育急剧下降。外施氟啶酮抑制MAX1基因的转录，并延缓草莓果实发育。草莓MAX1基因可以恢复拟南芥独脚金内酯缺失突变体max1-1的多分枝表型，这些结果表明MAX1可能通过合成独脚金内酯调控草莓果实早期发育。鉴于此，项目拟以“红颜”草莓为试材，全面调查MAX1基因与果实内独脚金内酯含量的关系，分析MAX1在草莓果实独脚金内酯合成中的作用；借助“基因功能沉默与过表达”技术，结合时空表达特性明确MAX1调控果实早期发育过程；通过转基因果实转录组和启动子应答元件分析，构建MAX1调控果实早期发育的上下游网络。项目为揭示MAX1基因调控草莓果实早期发育分子机制，并对指导草莓栽培生产和分子改良育种都有十分重要意义。

草莓作为果树学科研究的模式植物之一，近年来关于果实成熟及其调控机理研究已非常丰富，而控制形状和产量的果实早期发育仍很不清楚。新植物激素独脚金内酯（Strigolactone，SL）与生长素和细胞分裂素协同控制植物细胞分化，是否在果实发育早期也有类似作用不得而知。本项目鉴定独脚金内酯合成和信号通路蛋白组分基础，分析了独脚金内酯合成和信号转导基因的表达特性。筛选并克隆独脚金内酯合成关键基因FaMAX1（Cytochrome P450 monooxygenase More Axillary Growth 1）为研究突破口，分析其表达特性。克隆启动子序列并进行生物信息学分析，鉴定可能存在的调控元件。通过酵母单杂交手段筛选调节基因，构建FaMAX1调控网络。研究结果表明：.1..以拟南芥、水稻等模式植物的独脚金内酯合成和信号转导基因蛋白序列为模板，鉴定得到了一批栽培草莓“红颜”（ Fragaria ×ananassa Duch ‘Benihoppe’）中独脚金内酯合成和信号组分基因，并分析了这些基因表达特性。结果表明，合成基因D27、LBO在果实发育早期转录水平远高于果实成熟阶段，且在花和花后中表达量相对较高；信号组分基因D14、D3、D53与合成基因表达特性类似。.2..FaMAX1是属于CYP711A亚家族的基因，其与其它物种基因序列高度保守。结合红颜草莓果实转录组数据分析，FaMAX1基因在果实早期转录水平最高，随着果实发育成熟呈下降趋势，且表达丰度要高于其它独脚金内酯合成和信号转导基因。FaMAX1在根、茎、花后和幼果中表达量较高，且青果中受ABA诱导表达。.3..运用FPNI-PCR技术，获得长为1810bp的FaMAX1启动子区。生物信息学分析发现启动子区含有多激素调节、与胚发育相关、与逆境胁迫相关和与物质运输代谢相关顺式作用元件。将启动子分成5个连接GUS的片段，其拟南芥转基因植株GUS活性分析表明，驱动GUS活性区域始于-400bp。.4..运用酵母单杂交技术，筛选到一系列可能与MAX1启动子区域绑定的转录因子，他们分属于MYB、WRKY等转录因子家族。对这些转录因子表达特性分析发现，与FaMAX1一样，这些转录因子在草莓果实发育早期转录水平增加显著。进一步通过双荧光素酶报告系统对MYB的绑定作用进行验证。