GLKs转录因子调控番茄果实品质的研究

以AC番茄及转化GLKs(Golden-Like)转录因子的AC转基因后代(过表达SlGLK2植株,共抑制SlGLK1植株和共抑制SlGLK2植株)为研究材料,通过对各番茄材料的表型观察、未成熟果实外表皮叶绿素的检测和果实叶绿体发育相关基因SlGLK1、SlGLK2、TKN2(Transcription Factor of Knotted Like Gene)、TKN4和APRR2(Arabidopsis Pseudo Response Regulator 2-Like)的表达分析,以及对成熟果实可溶性固形物、总糖含量进行检测,分析GLKs转录因子对番茄果实品质的影响。结果显示:(1)在表型方面,共抑制SlGLK1基因植株的叶片颜色明显变浅,过表达SlGLK2果实的颜色明显变为深绿色,与之相对应,共抑制SlGLK1基因植株果实顶部叶绿素的含量最低,过表达SlGLK2的果实底部叶绿素含量是AC的5～6倍。(2)过表达SlGLK2转录因子的AC后代成熟果实中可溶性固形物的含量提高了0.3%,总糖含量提高了5.34mg/g。(3)叶绿体发育相关基因的荧光定量PCR显示,与AC相比,转基因材料中SlGLK1和SlGLK2基因的表达量显著提高5倍以上。研究推测,TKN2可能位于SlGLK2基因上游,并调控SlGLK2基因果表达。研究表明,SlGLKs转录因子通过调控番茄叶片和果实叶绿素的合成,加深叶片和未成熟果实的绿色,提高果实内可溶性固形物和总糖的含量,对改善番茄果实的表型和营养品质有重要作用。

SlGLK2转录因子在番茄品种Heirloom果实中的功能及变异分析

Goldern2-Like(SlGLK2)基因是调控未成熟果实叶绿体发育重要的转录因子。番茄(Solanum lycopersicum)未成熟果实中叶绿体对成熟果实的糖类、风味物质积累和提高番茄品质具有一定的作用。Heirloom品系作为优异的种质资源,在果实颜色、大小、形状和风味等方面有很大差异。以32个Heirloom品种为研究材料,通过表型调查研究果实表型性状,检测果实不同部位和不同发育时期叶绿素含量,筛选20个Heirloom品种克隆SlGLK2基因和启动子序列,运用荧光定量PCR分析调控果实叶绿体发育的相关基因,从而分析基因间的调控关系,以期研究SlGLK2转录因子对Heirloom品种叶绿体发育的影响。结果表明:含有SlGLK2基因的品种,未成熟果实拥有深绿色果肩,其不同发育时期绿色果实果肩的叶绿素含量明显高于果实底部。在SlGLK2基因上游非编码区和编码区共发现21个单核苷酸多态性(SNPs),经聚类分析发现,部分SNPs与未成熟果实的表型相关。果实叶绿体发育相关基因的表达分析表明TKN2、TKN4和在番茄果实的果肩部表达量明显高于果实底部,且TKN2、TKN4位于SlGLK2上游并调控SlGLK2基因的表达。

利用CRISPR/Cas9技术创制番茄粉果和无绿肩材料

以栽培番茄品种(系)Ailsa Craig(AC)、B5和B9为试材,利用CRISPR/Cas9双元表达载体系统,对番茄品质调控关键基因SlGLK2和SlMYB12进行定点敲除。获得AC背景下SlGLK2和SlMYB12的基因编辑植株各9株,B5背景下SlGLK2的基因编辑植株3株,B9背景下SlMYB12的基因编辑植株4株。通过对靶点测序发现,在靶位点的PAM上游3~4 bp处发生了不同形式的碱基缺失、插入或替换,主要以1~10 bp的缺失和单碱基G和T的插入为主;也产生了两靶点间的大片段缺失,最大片段为334 bp。AC背景下敲除SlMYB12产生粉色果实,敲除SlGLK2基因,果实肩部的绿色明显变浅,B5背景下的3株基因编辑番茄均无“绿肩”。本研究中利用CRISPR/Cas9技术在不同番茄种质中成功创制了敲除SlGLK2或SlMYB12的基因编辑材料,以期为番茄品质育种提供优良种质。