Effects of Cytokinin Production under Two SAG Promoters on Senescence and Development of Tomato Plants
- 作者
- D. Swartzberg, N. Dai, S. Gan, R. Amasino, D. Granot
- 单位
- Institute of Plant Sciences, Agricultural Research Organization, The Volcani Center; Department of Horticulture, Cornell University; University of Wisconsin
- 杂志
- Plant Biology（2006）
- DOI
- 10.1055/s-2006-924240
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
比较两种拟南芥衰老相关启动子SAG12和SAG13在番茄中驱动IPT基因表达的效果，研究细胞分裂素对番茄叶片衰老及植物发育的影响。
研究策略
利用GUS报告基因分析SAG12和SAG13启动子在番茄中的表达模式，构建P_SAG12::IPT和P_SAG13::IPT转基因番茄，比较其叶片衰老、光合特性、植物发育和果实性状。
核心内容
该研究比较了拟南芥衰老相关启动子SAG12和SAG13在番茄中驱动细胞分裂素合成基因IPT表达的效果。通过GUS报告基因分析发现，SAG12启动子特异表达于衰老叶片，而SAG13启动子在成熟叶片中即有基础表达且衰老后增强，非叶组织中两者表达量均比衰老叶低4至5个数量级。构建的两种转基因番茄均显著延迟叶片衰老，暗处理10天后仍保持绿色，叶绿素和类胡萝卜素含量及光合速率均高于野生型。但两者发育效应差异明显：P_SAG12::IPT植株第一花序出现在第11叶后，与对照（第12叶后）相近；而P_SAG13::IPT提前至第8至10叶，并出现节间缩短、茎增粗、顶端优势丧失和花青素积累等额外表型。果实总产量无显著变化，仅部分株系果重和可溶性固形物含量略有增加。结果表明SAG12和SAG13启动子均能有效延迟番茄叶片衰老，但SAG13启动子的衰老非依赖基础表达会带来额外的发育效应，提示细胞分裂素在抑制衰老之外还对植物发育具有广泛影响。
创新点
首次在番茄中系统比较SAG12和SAG13两种启动子驱动IPT的自调控行为差异，揭示SAG13启动子具有衰老非依赖的基础表达阶段，导致额外的发育效应。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 番茄 (Lycopersicon esculentum) MP-1 | 细胞分裂素生物合成 | IPT | 异戊烯基转移酶 | 催化 | 来自农杆菌Ti质粒，催化细胞分裂素合成限速步骤 |
| 番茄 (Lycopersicon esculentum) MP-1 | 细胞分裂素生物合成 | SAG12启动子 | — | 调控 | 拟南芥衰老特异启动子，特异表达于衰老叶片 |
| 番茄 (Lycopersicon esculentum) MP-1 | 细胞分裂素生物合成 | SAG13启动子 | — | 调控 | 拟南芥衰老相关启动子，在成熟叶片中有基础表达，衰老时增强 |
| 番茄 (Lycopersicon esculentum) MP-1 | — | GUS | β-葡萄糖醛酸酶 | 催化 | 报告基因，用于分析启动子表达模式 |
关键发现
- SAG12启动子特异表达于衰老叶片，SAG13启动子在成熟叶片中即有表达且衰老后增强
- 非叶组织中GUS表达比衰老叶低4-5个数量级。P_SAG12::IPT和P_SAG13::IPT均延迟叶片衰老，提高光合速率、叶绿素和类胡萝卜素含量，暗处理10天后转基因叶片仍保持绿色且叶绿素含量显著高于野生型。开花提前：P_SAG12::IPT第一花序出现在第11叶后，P_SAG13::IPT在第8-10叶后，对照在第12叶后。P_SAG13::IPT导致节间缩短、茎增粗、顶端优势丧失和花青素积累。果实总数量和总重量无显著变化，仅P_SAG12::IPT的529-19系果重有少量增加
- TSS在两个P_SAG12::IPT系和一个P_SAG13::IPT系中增加。
研究结论
SAG12和SAG13启动子在番茄中表现出与拟南芥相似的表达模式，可用于延迟叶片衰老。SAG13启动子的基础表达导致额外的发育效应，表明细胞分裂素在抑制衰老之外还对植物发育具有显著影响。