番茄中熱干擾的 Clone 7 基因對於雄蕊發育和花粉萌發的影響

Abstract

番茄在熱帶及亞熱帶區域夏季的生長情形和著果率，明顯較溫帶區域或冬季差，前人研究指出，高溫會影響花粉和雄蕊的發育，導致番茄產量下降。為了分析影響花粉活性的熱干擾基因為何，本實驗室先前已藉由抑制性扣減雜交法建立 cDNA 基因庫，從耐熱品系 5915 番茄中分離出數個 cDNA 片段，並且利用 real-time PCR 和北方墨點法分析溫度對這些基因的影響。本研究挑選在日溫 35℃/ 夜溫 30℃ 下的熱誘導基因 Clone 7 做進一步的研究。經由 NCBI 蛋白質保守序列資料庫比對，得知 Clone 7 可能是阿拉伯芥的 β-ureidopropionase, PYD3 同源基因，它含有保守性的 C-N hydrolase 區域，功能為產生 β-alanine。藉由基因轉殖實驗，在不耐熱番茄品系 4783 及耐熱番茄品系 5915 中大量表現 Clone 7 基因，同時在耐熱番茄品系 5915 中抑制 Clone 7 基因的表現，植物種植在適溫及高溫逆境下進行分析比較。利用掃描式電子顯微鏡觀察番茄雄蕊筒內部構造，將轉殖株及野生型做比較，可觀察到 Clone 7基因的表現量與花粉粒外觀、雄蕊筒內側的絨毛數量及成熟花粉釋放處開裂的情形成正相關，推測花粉釋放處之開裂程度可能會影響花粉釋放進而影響到番茄的授粉率。而比較轉殖株和野生型雄蕊筒之鮮重與長度及檢測花粉萌發率得知，Clone 7基因的表現量和雄蕊筒鮮重與長度及花粉萌發率皆成正相關，因此熱誘導基因 Clone 7 可影響雄蕊筒的發育和花粉的萌發率。另外添加 β-alanine 至花粉萌發培養基中，發現 β-alanine 會增加 5915 野生型花粉在 35℃ 時的萌發率，本研究為第一個探討 β-alanine 與番茄生長發育之間的關係。