NAC转录因子与乙烯、ABA协同调控番茄果实成熟模式研究

During the previous program, we focused on NAC transcription factors (NAC TFs) playing vital role in fruit ripening, senescence process and participate in several abiotic stress responses in tomato. Results showed that tomato fruit ripening delayed at different extent by application of the VIGS method to silence the NAC genes. In the present program, we will conduct the exogenous ethylene, 1-MCP and ABA treatment on tomato fruit and investigate the expression degree and protein translation level of SNAC4-9 genes to explore the response of SNAC TFs to ethylene and ABA. The RNAi technology will be used to obtain the genetically modified SANC tomato, and the changes of ethylene, ABA and lycopene contents of transgenic tomato will be measured. Further, we will draw the expression spectrum of key ethylene genes and analyze the expression of ABA and lycopene related genes.NAC downstream target genes will be analysed by the RNA-seq method and target genes interacting with NAC can be selected by the yeast two-hybrid skill, aimed at building the NAC-ethylene-ABA mode. The research results of this project is useful to reveal the response of NAC TF family to ethylene and ABA during the ripening process of tomato fruits, explore the regulation mechanism of NAC to ripening, and enrich the function of NAC TF and the theory related to tomato ripening. It also provides further evidence for the prediction of tomato fruit ripening and quality improvement in future.

前期研究发现NAC转录因子在番茄果实成熟衰老和非生物胁迫应答中有主要作用，VIGS沉默NAC基因番茄果实表现出不同程度的成熟延缓现象。项目采用ABA、外源乙烯和1-MCP处理番茄果实，检测SNAC4-9基因表达丰度和蛋白水平，明确SNAC对乙烯和ABA的应答；利用RNAi技术获得转基因SNAC番茄，测定乙烯、ABA和番茄红素变化，绘制乙烯关键基因表达谱，分析ABA和番茄红素合成相关基因表达规律；同时通过转录组测序挖掘NAC下游靶基因，进一步利用酵母双杂交cDNA文库技术筛选与NAC有互作关系的目标基因；明确在体内外的互作关系；建立NAC-乙烯-ABA调控成熟模式。研究成果有助于揭示番茄果实NAC转录因子家族在成熟中与乙烯和ABA的响应规律，探明NAC调控番茄成熟机制，从而丰富NAC转录因子多基因功能和番茄成熟相关理论。相关研究结果也有利于今后番茄果实成熟衰老预测和品质改良等方面的研究和应用

NAC是植物特有的一类转录因子，调控植物体内许多生理生化反应。ABA和乙烯与果实成熟密切相关，已经发现和NAC转录因子存在关联，但三者之间的互作基因和调控顺序尚不明确，项目利用VIGS技术对SNAC4-9基因进行沉默，确定了SNAC在番茄红变、软化等成熟进程中的重要作用。基于转录组测序分析，锁定ABA和乙烯合成与信号通路中的重要基因，利用分子生物学的分析手段，在蛋白水平与DNA-蛋白水平揭示SNAC4/9与ABA和乙烯之间的调控网络。. 研究发现SNAC4/9的沉默对成熟的影响效果最明显，体现在番茄红素合成基因（PSY1/2、PDS和ZDS）、果实软化相关基因（EXP、LOX、PG和PL）、ABA相关基因（NCED1/2、CYP707A1/2/3和PP2C1）和乙烯关键基因的明显变化。SNAC4/9沉默果实转录组测序分别发现1262和655个显著差异表达基因； CHIP-seq发现SNAC4/9与植物激素信号转导途径、代谢途径、氨基酸代谢以及蛋白质合成等过程有关，选取了多个ABA和乙烯相关基因，发现SNAC4与ABA信号转导通路中的SlPYL9、SAPK3，乙烯合成关键基因SlACS2、SlACO1存在蛋白水平上的互作；SNAC9与SlPYL9和SAPK3存在蛋白水平上互作，结合激素处理证明SNAC4/9对这些基因的正向调控。同时发现SNAC4的蛋白区域可以正向调控SAPK3、SlACS8、SlACO6，反向调控SlCYP707A1启动子区域。. 以SNAC4和SNAC9二者为核心，项目建立了SNAC-ABA-乙烯的番茄成熟调控网络。SNAC9在ABA信号的感受和传递过程中起直接作用，而SNAC4在调节ABA和乙烯，特别是在直接诱导乙烯的合成以及调节ABA的代谢和信号转导中起双重作用。项目研究成果对于番茄成熟中转录因子和植物激素之间的串扰提供了新的理论支撑，具有重要科学意义。