SlHB8基因调控番茄单性结实形成的分子机制研究

Tomato is not only one of the most important vegetables in the world, but also as a model plant for fruit development and ripening. It is reported that parthenocarpic tomato reduces the stress effects of heat, cold and weak light on tomato yield and quality. With the development of molecular techniques, the parthenocarpy mechanism and genetic engineering have become a research hotspot.. SlHB8 belongs to HD-ZipIII family transcription factors. Previously, we found that the transgenic plant (2A11-SlHB8Ris) of SlHB8 overexpression lines driven by a specific fruit promoter displayed parthenocarpic fruit phenotype. This phenotype suggested that SlHB8 regulates parthenocarpic tomato fruit formation, however, the regulatory mechanism of SlHB8 gene in parthenocarpic formation remains to be explored. To elucidate this process, this project will be performed by phenotyping the transgenic plants of SlHB8 overexpression and SlHB8 knock down lines; searching the SlHB8 target genes by using RNA-seq, Chip-seq and yeast one hybrid technology. The research result will provide theoretical basis for parthenocarpic varieties breeding and Germplasm innovation.

番茄是世界上最重要的蔬菜之一，也是研究果实发育与成熟的模式植物。研究发现，单性结实可以减少高温、低温和弱光等逆境对番茄产量和品质的影响。随着分子技术的发展，单性结实的分子研究和基因工程成为研究热点。. SlHB8属于HD-ZipIII转录因子家族，前期研究发现，SlHB8基因的果实特异性超表达植株2A11-SlHB8Ris呈现了单性结实的表型，说明该基因对单性结实的形成具有调控作用，但是该基因是如何调控单性结实的形成目前还不清楚。因此，本项目从SlHB8的果实特异性超表达和crisper-cas9技术敲除转基因植株入手，通过对转基因植株进行表型鉴定，以及通过RNA-seq、ChIP-seq以及酵母单杂技术寻找SlHB8的靶基因，以揭示SlHB8基因在单性结实形成中的调控机制，研究结果将为单性结实品种选育及种质资源创新提供理论依据。

番茄是世界上最重要的蔬菜之一，也是研究果实发育与成熟的模式植物。研究发现，单性结实可以减少高温、低温和弱光等逆境对番茄产量和品质的影响。因此，研究番茄单性结实形成的调控机制具有重要理论和经济价值。.本研究发现HD-zipIII转录因子SlHB8属于转录激活子，在花药的发育过程中表达，且属于授粉依赖型基因。原位杂交的结果显示SlHB8在花药的绒毡层和小孢子中表达，且在珠被内皮层、珠被绒毡层、胚中表达；SlHB8早期超量表达使番茄花药的绒毡层降解提前，导致花粉发育异常，花粉内含物消失、花粉内壁降解、花粉活力下降、座果率降低，且可形成无籽果实。CRISPR/Cas9基因编辑技术介导的SlHB8敲除则使花粉活力升高、座果率升高，且SlHB8敲除导致珠被绒毡层消失，并诱导去雄子房内的胚珠形成假胚从而促进子房发育，形成单性结实果实；RNA-seq分析发现花药中差异表达基因显著富集在花粉发育以及雄配子体发育途径，且调控花药绒毡层程序性细胞死亡保守遗传途径DYT1-TDF1-AMS-MYB80成员和花粉壁发育相关基因显著上调；子房中差异表达基因显著富集在乙烯和生长素信号途径，且单性结实调控因子的表达发生显著变化；DAP-seq、EMSA、双荧光素酶报告系统实验结果表明，SlHB8可以直接靶向调控单性结实形成因子SlKLUH、SlHB15A、SlARF5的表达以及绒毡层和花粉壁发育相关基因SlTDF1、SlMYB80的表达。该研究揭示了SlHB8通过直接靶向生长素和乙烯信号途径相关基因以及假胚发育相关基因SlKLUH、SlHB15A的表达调控单性结实的形成，激活调控绒毡层程序性细胞死亡保守遗传途径DYT1-TDF1-AMS-MYB80基因参与花药绒毡层的降解，为番茄单性结实形成和花粉败育的分子机制提供了新的见解，并为单性结实和雄性不育品种选育提供了新的基因资源，具有重要应用价值和科学意义。.