一种番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中的应用制造技术

本发明专利技术涉及番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中的应用。所述SlGolS2基因属于糖基转移酶家族8，通过限速调节棉子糖系列寡糖的生物合成，参与调节植物生长发育，抵御逆境胁迫。在番茄子房中特异性表达，利用CRISPR

【技术实现步骤摘要】
一种番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中的应用


[0001]本专利技术涉及植物基因工程
，具体涉及一种番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中的应用。

技术介绍

[0002]番茄果实的风味独特，能够为人类提供多种营养元素，如多种维生素、碳水化合物、类胡萝卜素、酚类化合物等，可以起到抗氧化、抗血栓、抗过敏和抗炎症等作用(Raiola et al., 2014)。可鲜食、烹饪、制成番茄酱等多种食用方式(Li et al., 2018)，是人们每日饮食必不可少的果蔬之一。番茄的产量和种植面积在全世界范围内始终处于增长水平(Quinet et al., 2019)。
[0003]番茄果实的发育起始于花分生组织，此时的组织和结构决定了果实生长的状态。果实生长是果实发育过程中最长的阶段，根据不同的基因型生长时长可达5至8周。花后1至2周是果实生长的初始阶段，此时细胞进行强烈的有丝分裂，果皮细胞层数增多，并伴随着细胞膨大(Cheniclet et al., 2005)。随后，细胞分裂逐渐减缓，进入细胞膨大期，此时果实的体积和重量显著增加并达到最终大小，进入完全绿熟（mature green，MG）时期(Pesaresi et al., 2014)。进入MG时期几天后，果实的代谢物质开始了大量重组，标志着果实成熟过程的开始。主要包括破色（breaker，BR）阶段和成熟（ripening，RR）阶段。果实进入破色期后，叶绿素降解，类胡萝卜素大量积累，果实逐渐软化，并伴随着呼吸和乙烯释放量的激增形成高峰，这是呼吸跃变型果实的显著特征(Alexander and Grierson, 2002)。营养物质积累，风味、质地、颜色和香气发生变化，最终赋予番茄特有的品质和营养价值。
[0004]番茄果实的风味、色泽的形成和营养物质的积累与成熟阶段密切相关，明确果实成熟的分子机制才能为改善果实品质提供理论依据，与番茄果实成熟相关的研究始终吸引着众多学者的目光(Yuan et al., 2018; Ji et al., 2020; Wu et al., 2020)。在番茄果实逐渐成熟的过程中，色泽的变化是最明显的，色泽发生变化的内在原因是果实中叶绿素降解同时类胡萝卜素积累。
[0005]类胡萝卜素的合成和积累在质体中进行完成(Sun et al., 2018)。植物中存在着多种质体，包括：叶绿体、有色体、原质体、淀粉体等(Lopez
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Juez and Pyke, 2005; Jarvis and Lopez
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Juez, 2013)。其中原质体是还未分化的质体，是其他质体的前体结构。类胡萝卜素大量存在于叶绿体和有色体中(Egea et al., 2010)。但类胡萝卜素的颜色在叶绿体中通常被叶绿素遮盖住，在有色体中才充分显露出来。番茄果实中的有色体通常由叶绿体转化而来，在番茄果实成熟过程中，果皮细胞中叶绿素降解造成叶绿体的类囊体结构瓦解，从而逐步转变为有色体同时积累大量类胡萝卜素(Min and Chieri, 2008; Egea et al., 2011)。大量研究表明番茄果实中叶绿素的含量和叶绿体结构往往影响着番茄果实成熟后的类胡萝卜素含量。DE
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ETIOLATED1（DET1）基因是光信号转导负调节因子，番茄high pigment 2（hp2）突变体在MG时期表现出深绿色，这是DET1基因发生突变的结果。MG时期hp2
果实中叶绿体体积增大，数量增多，叶绿素含量达到野生型番茄的2.9倍，待果实完全成熟后，类胡萝卜素水平显著提高(Mustilli et al., 1999; Bino et al., 2005)。high pigment 1（hp1）突变体与hp2表型类似，是UV
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damaged DNA
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binding protein 1（DDB1）基因发生突变的结果(Liu et al., 2004; Bernhardt et al., 2006)。番茄中存在两个GOLDEN2
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LIKE（GLK）基因，其中GLK2基因已被证实与果实叶绿素积累和叶绿体发育相关，超表达SlGLK2基因会使果实中叶绿素含量增加，叶绿体体积增大，类囊体数目增多，从而提高成熟时期果实中的类胡萝卜素含量(Powell et al., 2012; Nguyen et al., 2014)。ARABIDOPSIS PSEUDO RESPONSE REGULATOR2
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like（APRR2
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like）与GLK基因结构类似，超表达SlAPRR2
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like基因能够增加番茄果实的质体数量、面积和类胡萝卜素含量(Pan et al., 2013)。TKN2和TKN4是KNOX家族中的两个转录因子，研究表明这作用于SlGLK和SlAPRR2
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like上游，间接影响质体发育，类胡萝卜素积累(Nadakuduti et al., 2014)。
[0006]肌醇半乳糖苷合成酶（galactinol synthase，GolS）属于糖基转移酶家族8（glycosyltransferase family 8，GT8），该家族包含多种参与寡糖、多糖和糖结合物生物合成的酶，在植物生长发育的过程中起着重要作用。RFOs是植物中重要的可溶性碳水化合物，包括三糖棉子糖（raffinose）、四糖水苏糖（stachyose）和五糖毛蕊花糖（verbascose）(Sengupta et al., 2015; Jorge et al., 2017)。具有储备碳水化合物、稳定膜结构、抵御逆境胁迫、参与渗透调节的功能(Li et al., 2017a; 韦玉霞, 2017)。GolS能够催化半乳糖苷的转移，以UDP
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半乳糖（UDP
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Galactose，UDP
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Gal）为糖基供体，将半乳糖苷转移至肌醇（myo
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inositol）合成肌醇半乳糖苷（galactinol，Gol）(Sengupta et al., 2012)，为RFOs的生物合成提供重要前体物质。这一反应是RFOs合成过程中的关键步骤，也是限速步骤(Sengupta et al., 2015)。GolS作为RFOs生物合成的关键酶，通过影响RFOs的含量，参与调节植物生长发育以及抵御胁迫。在番茄中存在4个GolS基因，目前对这4个基因的功能尚未有报道。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术提供一种番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中的应用，其目的在于调控番茄果实绿果肩形成及果实成熟进程。
[0008]技术方案：番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中的应用。
[0009]所述SlGolS2基因核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中的应用。2.根据权利要求1所述的番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中的应用，其特征在于：所述基因SlGolS2核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。3.根据权利要求1所述的番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中的应用，其特征在于：基因SlGolS2表达水平在花蕾的子房和花的子房中高，在子房发育成的果实中的表达量表现出低水平。4.根据权利要求1所述的番茄肌醇半乳糖苷合成酶基因SlGolS2在调控果实着色与成熟中...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐明芳，张汇东，孟思达，许涛，王峰，刘玉凤，李天来，
申请(专利权)人：沈阳农业大学，
类型：发明
国别省市：