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摘要
[背景]番茄(Solanum lycopersicum)作为连续发芽分化和坐果的重要园艺作物,早衰是限制其生长期长短、产量和品质的重要因素.NAC(NAM、ATAF1/2和CUC2)转录因子家族参与调控拟南芥,水稻等多种植物衰老进程,但在番茄中的研究尚不深入.目前已知,SlNAP2(NAC-like,activated by apetala3/pistillata)参与番茄植株衰老进程.[目的]S1NAC29为S1NAP2的同源基因,对其在番茄植株衰老中的功能及调控机制进行研究,以期为园艺栽培中番茄的衰老调控及种质创新提供科学依据.[方法]以野生型番茄(CondineRed,CR)为背景,采用qRT-PCR技术明确S1NAC29在不同衰老阶段叶片中的相对表达量,并分别利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和基因过表达技术构建Slnac29纯合突变体及OE:S1NAC29稳定过表达植株.在此基础上,在自然生长状态下和黑暗处理诱导衰老条件下,对野生型、Slnac29突变体和OE:S1NAC29过表达植株的生长、叶绿素含量、光合作用、叶片衰老和叶绿素降解相关基因的相对表达量等参数进行分析,明确S1NAC29转录因子在调控番茄植株衰老中的生物学功能;进一步利用聚类热图分析过表达植株OE:S1NAC29中29个衰老相关基因、叶绿素降解基因以及ABA合成/信号转导相关基因的相对表达量.并选取在黑暗诱导衰老条件下不同株系植株中表达差异明显的4个基因进行凝胶迁移阻滞分析(electrophoretic mobility shift analysis,EMSA),以鉴定S1NAC29直接转录调控的靶标基因及其与衰老调控的关系.[结果]S1NAC29在初老叶和衰老叶片中的相对表达量较嫩叶和成熟叶显著上升.自然生长状态下,突变体材料Slnac29与野生型长势以及光合速率无明显差异,而过表达材料OE:S1NAC29株高则显著低于野生型植株,叶绿素含量和光合速率分别是野生型植株的25％和50％.在黑暗诱导衰老的条件下,野生型植株叶片明显变黄,叶绿素含量显著下降.Slnac29突变缓解了叶片衰老程度,叶片无明显变黄,叶绿素含量是野生型的3倍,衰老相关基因(senescence-associated genes,SAGs)和叶绿素降解基因的表达量均较低.OE:S1NAC29则相反,叶片衰老程度比野生型和Slnac29突变体均明显严重.基因聚类分析表明多个衰老相关基因和叶绿素降解基因在OE:S1NAC29植株中显著上调表达.EMSA鉴定到S1NAC29能够直接与衰老相关基因家族SAGs成员S1AGT1(Glyoxylate aminotransferase)启动子绑定,且S1AGT1在OE:S1NAC29中的相对表达量较野生型和Slnac29突变体显著增加.[结论]转录因子S1NAC29调控番茄植株的衰老,促进番茄叶片在黑暗诱导条件下的衰老进程.S1NAC29直接绑定衰老相关基因S1AGT1启动子区域调控其转录表达.
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