番茄SEPALLATA类MADS盒基因SLMBP21参与果实离区发育调控的功能研究

器官脱落是植物生命周期中一种普遍而重要的生理过程。器官脱落发生于离区。离区发育与器官脱落紧密相关。MADS盒基因JOINTLESS是番茄果实离区发育需要的基因之一。最近,我们发现SEPALLATA类MADS盒基因SLMBP21表达下调也可引起果柄离区消失。在本项目中,我们计划通过对SLMBP21 RNA反义转基因植株以及过量表达3×Flag∷ SMBP21转基因植株稳定遗传后代进行表型分析,揭示SLMBP21基因的生物学功能；通过RNA原位杂交研究SLMBP1基因的时空表达规律,以期揭示该基因与离区发育的关系；利用免疫共沉淀方法研究调控离区发育的蛋白复合体的组成以及该复合体中JOINTLESS、SLMBP21以及另一个MADs盒基因MC之间的互作方式,从而获得一个相对完善的控制离区发育转录因子共同工作的模式,丰富现有关于番茄果实离区发育的分子生物学机制。

器官脱落是植物生命周期中普遍而重要的生理过程。大部分植物的器官脱落发生于离区。番茄花（果）柄离区位于花（果）柄中部，是研究离区发育的良好模式植物。在番茄中已确定并克隆的决定离区发育的基因有两个：JOINTLESS (J) 和MACROCALYX (MC)，在这两个基因的突变体或功能抑制转基因植株中离区不能正常形成，但截至目前，番茄离区发育机制尚未明了。在本实验室前期工作中，我们通过分析与J互作的MADS-box蛋白的功能，发现了另外一个影响离区发育的基因—SLMBP21。在本项目执行的三年中，我们从分析SLMBP21转基因植株的表型，分析SLMBP21同J和MC的关系，以及探索SLMBP21下游基因三个方面研究了以SLMBP21为中心的番茄离区发育机制。我们发现：（1）在SLMBP21-AS和SLMBP21-RNAi转基因植株中离区发育受到抑制，同时在SLMBP21-OX转基因植株中，花柄近轴端和花梗由于细胞变小而变短，并且这些小细胞具有部分离区性质。表明SLMBP21通过影响细胞的伸长和延伸来影响离区形成。（2）SLMBP21，J和MC之间可以发生两两互作，并且SLMBP21和MC能够形成同源二聚体。同时当J，MC和SLMBP21同时在植物体内表达时，它们能够形成蛋白复合体。此外，与J和MC相比，SLMBP21具有较强的转录激活活性，暗示了SLMBP21是SLMBP21/J/MC蛋白复合体中唯一的起转录激活作用的蛋白。在表达方面， SLMBP21，J和MC的表达模式各异但重叠于初期的花柄离区维管束。这就为SLMBP21，J和MC之间的互作提供了时空条件。（3）最后，利用转录组分析实验我们找到7个基因能被SLMBP21，J和MC一致性调节并能够在离区特异性表达的基因。同时，我们还发现离区发育是一个复杂且需要多种途径和信号共同起作用的过程。由于SLMBP21属于SEP亚族LOFSEP分支下的FBP9/23小分支，一个并不存在于拟南芥中，而特意存在于茄科，以及梨属和苹果属植物中的基因类别。因而SLMBP21所在蛋白复合体所参与的过程应该是一个不同于拟南芥的新的离区发育机制。我们的研究深化了人们对番茄离区发育分子机制的研究，为进一步的离区发育研究奠定基础，在控制番茄果实脱落方面具有潜在的应用价值。