【摘要】：根系是植物重要的地下器官,為植物地上部分提供水分和礦質(zhì)營養(yǎng),使其固定在土壤中,并能夠根據(jù)不斷變化的外在環(huán)境和內(nèi)在環(huán)境調(diào)整其生長,使植物體更好地適應(yīng)環(huán)境。植物根系起源于根尖分生組織中的干細胞,干細胞位于特定的微環(huán)境中,通過細胞間的信號交流,維持干細胞活性與特征。根尖干細胞微環(huán)境(Root Stem Cell Niche,簡稱RSCN)由根的靜止中心(Quiescent Center,簡稱QC)和周圍的干細胞組成。RSCN結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定對于根系的正常發(fā)育至關(guān)重要。本研究利用遺傳學(xué)方法篩選短根突變體,希望找到調(diào)控根尖干細胞微環(huán)境新的調(diào)控元件。本實驗室前期工作通過EMS化學(xué)誘變的方法建立了突變體庫。本研究利用前期獲得的短根突變體為材料,將其命名為14-2 M-4,通過對突變體表型的分析和基因的定位分析,獲得結(jié)果如下:(1)14-2 M-4突變體的根尖分生組織細胞數(shù)減少,側(cè)根密度增加,花器官發(fā)育異常14-2 M-4突變體的幼苗階段具有的根系發(fā)育缺陷,主要表現(xiàn)為顯著的短根,分生組織長度及分生區(qū)細胞數(shù)顯著減少,側(cè)根密度增加。此外,14-2 M-4突變體的花器官發(fā)育異常,角果著生位置異常。表明突變的基因影響擬南芥地上部分及地下部分的發(fā)育。(2)14-2 M-4突變體中QC表達的報告基因及Cyclin B1;1的表達受抑制通過GUS染色分析,發(fā)現(xiàn)在14-2 M-4突變體中RopGEF7等報告基因的表達顯著減弱,Cyclin B1;1表達同樣減弱,說明突變體中根尖干細胞微環(huán)境的維持與分生組織區(qū)的細胞分裂活性受到了影響。(3)14-2 M-4突變體中根干細胞決定基因PLT1和PLT2表達減弱在14-2 M-4突變體中SHR與SCR的表達沒有受到明顯的影響,而PLT1和PLT2的表達則顯著減弱,這說明突變的基因影響了PLT的信號通路介導(dǎo)的根尖干細胞微環(huán)境的維持。(4)14-2 M-4突變體中PIN1的極性定位改變,改變了生長素分布14-2 M-4突變體中生長素輸出載體PIN1在中柱細胞中由底膜定位變?yōu)轫斈ざㄎ?DR5::GUS在根尖的表達明顯減弱,說明突變的基因通過影響PIN1的極性定位,改變了生長素在根尖的分布。(5)基因圖位克隆分析確定突變位點在染色體上的區(qū)間范圍通過遺傳學(xué)分析表明,突變的基因遺傳特性符合孟德爾遺傳定律,即分離比為3:1,14-2 M-4突變體屬于單基因隱性突變。利用圖位克隆技術(shù),把14-2 M-4突變體的突變位點,粗定位于三號染色體長臂上標(biāo)記NT204附近,通過精細定位,將突變位點定位于MIG5-B和MRC8-B之間,距離約為104kb,區(qū)段內(nèi)共有29個基因。綜上所述,14-2 M-4突變體中基因突變導(dǎo)致了根系的發(fā)育缺陷,影響生長素介導(dǎo)的器官形成。因此,該基因可能在生長素調(diào)控根系發(fā)育的分子網(wǎng)絡(luò)中起重要作用。
[Abstract]:Root system is an important underground organ of plants, which provides water and mineral nutrients for the aboveground parts of plants, makes them fixed in soil, and adjusts their growth according to the changing external and internal environment, so that the plants can adapt to the environment better. Plant roots originated from stem cells in root tip meristem cells. Stem cells are located in specific microenvironments and maintain stem cell activity and characteristics through the communication of signals between cells. Root tip stem cell microenvironment (RSCN) is composed of the rest center of root (Quiescent Center, (QC) and the surrounding stem cells. The stability of structure and function of RSCN is very important for the normal development of root system. In this study, genetic methods were used to screen short root mutants in order to find new regulatory elements to regulate the microenvironment of root tip stem cells. The mutant library was established by EMS chemical mutagenesis. In this study, the short root mutants were used as materials and named 14-2 M-4. The results were as follows: (1) the number of root meristem cells in 14-2 M-4 mutants decreased, and the density of lateral roots increased. In the seedling stage of the mutant 14-2 M-4, the defects of root development were mainly short roots, the length of meristem and the number of meristem cells decreased significantly, and the density of lateral roots increased. In addition, the floral organs of the mutants 14-2-M-4 were abnormal, and the position of pods was abnormal. The results showed that the mutant gene affected the development of the aboveground and underground parts of Arabidopsis thaliana. (2) the reporter gene of QC expression and the expression of Cyclin B1O1 in 14-2 M-4 mutant were inhibited by GUS staining. It was found that the expression of RopGEF7 and other reporter genes was significantly decreased in 14-2 M-4 mutant. These results indicate that the maintenance of microenvironment of root tip stem cells and the mitotic activity of meristem cells in mutants are affected. (3) the expression of PLT1 and PLT2 of root stem cell determinants in 14-2 M-4 mutants is weakened in 14-2 M-4 mutants, and the expression of SHR and SCR in 14-2 M-4 mutants is not found. Has been significantly affected, However, the expression of PLT1 and PLT2 decreased significantly, which suggested that the mutant gene affected the maintenance of the microenvironment of root stem cells mediated by the signal pathway of PLT. (4) the polar localization of PIN1 in the 14-2 M-4 mutant was changed. The expression of auxin output vector PIN1 in the mutant 14-2 M-4 was significantly decreased in the medium column cells from the bottom membrane localization to the apical membrane localization, indicating that the mutant gene affected the polarity of PIN1 by affecting the expression of DR5: Gus in the root tip. The distribution of auxin in the root tip was changed. (5) genetic mapping and cloning analysis confirmed the range of the mutation loci on the chromosome. Genetic analysis showed that the genetic characteristics of the mutation were in accordance with Mendelian's law of heredity. The isolation ratio of the mutant was 3: 1, 14-2, M-4, which belonged to the single gene recessive mutation. The mutational sites of 14-2 M-4 mutants were mapped coarsely near the NT204 labeled on the long arm of chromosome 3 by map cloning technique. By fine mapping, the mutation sites were located between MIG5-B and MRC8-B, the distance was about 104 kb, and there were 29 genes in the region. In conclusion, the gene mutation in the 14-2 M-4 mutant resulted in defects in root development and affected auxin mediated organ formation. Therefore, this gene may play an important role in the molecular network of auxin regulating root development.
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q943.2

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本文編號：2246361