【摘要】：菠菜(Spinacia oleracea L.)是莧科菠菜屬植物,富含多種維生素,是一種具有高營養(yǎng)價值的綠色蔬菜,但其產(chǎn)量和質(zhì)量都深受病害的影響。因此,提高菠菜的抗病性具有很大的意義。我們知道細胞周期信號傳導(dǎo)途徑在平衡植物生長發(fā)育和植物免疫過程中具有重要作用。在擬南芥中,CPR5是一個重要的免疫蛋白,它和CDK抑制蛋白(CKIs)之間具有某種互作。其中擬南芥的CPR5不僅能夠負調(diào)控植物免疫和程序性細胞死亡(PCD),還能促進表皮毛細胞的發(fā)育。cpr5突變體表型為早衰、植株矮小,對病原物侵染具有抗病性、強免疫力,表皮毛不分叉,而野生型的表皮毛是三分叉的。CKIs是核心的細胞周期調(diào)控因子。擬南芥中的兩個CKIs——SIM(SIMESE)和SMR1(SIMESE-related1)在細胞周期信號途徑中功能冗余,不僅能正調(diào)控植物免疫,還可以負調(diào)控表皮毛細胞的繁殖。擬南芥sim smr1雙突變體表型為表皮毛多細胞、簇生生長,而野生型表皮毛是單細胞、單一生長的;對病原物侵染表現(xiàn)為感病,抗病性差。在菠菜基因組中,我們發(fā)現(xiàn)了擬南芥CPR5和SIM各自的同源蛋白——Spinacia oleracea CPR5(SoCPR5)和Spinacia oleracea SIM(SoSIM)。為了探究它們的功能,我們分別把菠菜SoCPR5基因轉(zhuǎn)入到擬南芥的cpr5突變體中、菠菜SoSIM基因轉(zhuǎn)入到擬南芥sim smr1雙突變體中。實驗結(jié)果表明,在cpr5/35S:SoCPR5轉(zhuǎn)基因植株中,cpr5突變體的早衰表型和強免疫性都被SoCPR5抑制了,表皮毛也完全恢復(fù)到野生型三分叉的表型,表明了SoCPR5與AtCPR5在調(diào)控植物免疫和PCD方面以及表皮毛發(fā)育上具有同樣的功能。在35S:SIM植株中SIM基因過量表達,其表型為植株矮小、葉邊緣鋸齒狀,與CDKA1 RNAi植株表型一樣,證實了SIM蛋白是一個CDK抑制蛋白;而在sim smr1/35S:SoSIM轉(zhuǎn)基因植株中,SoSIM對sim smr1雙突變體有兩種表型,一種是野生型表型,另一種是CDKA1 RNAi植株表型,這是由于SoSIM基因在轉(zhuǎn)基因植株中表達量的不同而導(dǎo)致的,但表皮毛表型都恢復(fù)到單細胞、單一生長的表型。此外,植株的免疫性和PCD也恢復(fù)到了野生型水平,說明SoSIM激活了植物免疫和PCD。以上結(jié)果表明了SoSIM與AtSIM功能的同源性,既能負調(diào)控細胞周期,也能正調(diào)控植物免疫和PCD。這些數(shù)據(jù)證實了,菠菜的SoCPR5和SoSIM在平衡植物免疫和生長發(fā)育中的功能與擬南芥中的CPR5、SIM的功能是相似性,它們在不同的植物種類中是保守的。因此,我們可以對SoCPR5和SoSIM進行基因修飾,來改變菠菜抗病性,提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：Q943.2;S636.1

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1 馬慧敏;菠菜SoCPR5和SoSIM基因在植物免疫中的功能分析[D];上海師范大學(xué);2018年

本文編號：2758060