植物的生長(zhǎng)具有可塑性,作為不可移動(dòng)的光合有機(jī)體,植物可以根據(jù)周圍環(huán)境因素的變化來(lái)調(diào)節(jié)自身的發(fā)育。然而,植物通過(guò)適應(yīng)周圍環(huán)境來(lái)調(diào)節(jié)自身細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)制目前仍然不清楚。樹(shù)木作為世界上重要的生物能源,同時(shí)還對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)起到關(guān)鍵的作用。鑒于樹(shù)木在世界上的重要性,本研究通過(guò)分子生物手段結(jié)合其它生物學(xué)技術(shù)找到調(diào)控樹(shù)木生長(zhǎng)的優(yōu)良基因,并對(duì)其功能進(jìn)行研究。得到的主要結(jié)果如下:(1)楊樹(shù)初生生長(zhǎng)及次生生長(zhǎng)的幼莖蛋白質(zhì)組學(xué)研究結(jié)果顯示,總共鑒定到10,316個(gè)蛋白質(zhì),其中3,106個(gè)蛋白質(zhì)的表達(dá)量在初生生長(zhǎng)和次生生長(zhǎng)的過(guò)程中發(fā)生顯著變化。這些顯著變化的蛋白質(zhì)參與多種生物學(xué)途徑,除信號(hào)、激素、細(xì)胞壁合成與降解、次生代謝、碳水化合物和能量代謝、蛋白質(zhì)的合成與降解代謝外,細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂以及氧化還原代謝在初生生長(zhǎng)向次生生長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中也發(fā)揮重要的作用。(2)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在銀腺楊中發(fā)現(xiàn)2個(gè)bHLH家族轉(zhuǎn)錄因子,氨基酸序列分析結(jié)果顯示它們是擬南芥UPB1在楊樹(shù)中的同源蛋白(同源性較低),命名為PagUPB1-1和PagUPB1-2。實(shí)時(shí)熒光定量qRT-PCR結(jié)果表明PagUPB1-1和PagUPB1-2具有相同的表達(dá)模式,均在頂芽、初生生長(zhǎng)的莖及根尖中高量表達(dá),而在次生生長(zhǎng)劇烈的成熟組織中低量表達(dá)。(3)原位雜交結(jié)果顯示PagUPB1基因定位在維管發(fā)生的初始組織或細(xì)胞中,包括葉原基、莖頂端分生組織、側(cè)生分生組織、原形成層、初生韌皮部、初生木質(zhì)部、后生韌皮部、后生木質(zhì)部、韌皮部細(xì)胞、根尖的表皮細(xì)胞、根的中柱鞘以及側(cè)根的維管束細(xì)胞。(4)構(gòu)建5個(gè)植物表達(dá)載體,包括4個(gè)PagUPB1基因的過(guò)表達(dá)載體和1個(gè)干擾表達(dá)載體。通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將其分別轉(zhuǎn)入銀腺楊,獲得大量的過(guò)表達(dá)和干擾表達(dá)陽(yáng)性植株。(5)生理數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示楊樹(shù)UPB1干擾植株的株高、莖節(jié)數(shù)、節(jié)間距、莖節(jié)直徑、主根數(shù)、側(cè)根數(shù)及干重指標(biāo)均高于非轉(zhuǎn)基因植株;而樹(shù)UPB1過(guò)表達(dá)植株則低于非轉(zhuǎn)植株,說(shuō)明UPB1基因表達(dá)量的上調(diào)抑制植物的生長(zhǎng),而UPB1基因表達(dá)量的下調(diào)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。楊樹(shù)UPB1轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行持續(xù)的觀察結(jié)果顯示各株系均未出現(xiàn)畸形的表型。(6)徒手切片和半薄切片結(jié)果顯示,與非轉(zhuǎn)基因植株相比,楊樹(shù)UPB1干擾植株莖頂端分生組織細(xì)胞數(shù)目多,莖節(jié)提前進(jìn)入次生生長(zhǎng)階段;而楊樹(shù)UPB1過(guò)表達(dá)植株莖頂端分生組織細(xì)胞數(shù)目少,莖節(jié)的次生生長(zhǎng)受到抑制。說(shuō)明楊樹(shù)UPB1基因表達(dá)的高低可以影響分生組織、原形成層以及形成層細(xì)胞的分化和次生木質(zhì)部母細(xì)胞的分裂速度。(7)DAB和NBT的染色結(jié)果顯示,過(guò)氧化氫以及超氧根陰離子在楊樹(shù)莖中的頂端分生組織、葉原基、原形成層、初生韌皮部、初生木質(zhì)部等細(xì)胞積累,這與楊樹(shù)UPB1基因在組織中的定位完全吻合。此外,本研究還發(fā)現(xiàn)外界刺激,如干旱和PEG誘導(dǎo)的干旱均可以誘導(dǎo)楊樹(shù)UPB1基因的表達(dá)。推測(cè)楊樹(shù)UPB1可能是維管植物進(jìn)化過(guò)程中監(jiān)控內(nèi)部和外部信號(hào)產(chǎn)生活性氧水平的基因。
【學(xué)位單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：Q943.2;S792.11
【部分圖文】：

§邋Ｓ！邋Ｍ邋0逡逑Ｚｙｇｏｔｅ邋２－ｃｅｌｌ邐１６－ｃｅｌｉ邋Ｅａｒｌｙ邋ｇｌｏｂｕｌａｒ邐Ｇｌｏｂｕｌａｒ邐Ｅａｒｉｙ邋ｈｅａｒｔ逡逑圖１－２胚胎發(fā)育階段原形成層的建立［１（）］逡逑上層的細(xì)胞（黃色）保持等徑分裂，伸長(zhǎng)的細(xì)胞（紫色）成為原形成層逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｏｃａｍｂｉｕｍ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｅｍｂｒｙｏｇｅｎｅｓｉｓ逡逑Ｃｅｌｌｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｕｐｐｅｒ邋ｔｉｅｒ邋（ｙｅｌｌｏｗ）邋ｓｔａｙ邋ｉｓｏｄｉａｍｅｔｒｉｃ．邋Ｅｌｏｎｇａｔｅｄ邋ｃｅｌｌｓ邋（ｐｕｒｐｌｅ）邋ｂｅｃｏｍｅ邋ｐｒｏｃａｂｉｕｍ．逡逑－２－逡逑

側(cè)生組織的形成以及頂端的生長(zhǎng)產(chǎn)生細(xì)胞。逡逑莖頂端分生組織分為三個(gè)不同的區(qū)域：中央?yún)^(qū)、周邊區(qū)以及肋區(qū)。在中央?yún)^(qū)，多功逡逑能性干細(xì)胞以及組織中心一起組成干細(xì)胞巢（圖１－３Ａ）。這些干細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞的不對(duì)稱逡逑分裂持續(xù)不斷地產(chǎn)生子一代細(xì)胞以及它們的后代細(xì)胞，隨后這些細(xì)胞被周邊區(qū)所取代，逡逑被招募進(jìn)入側(cè)生器官原基［１１］。在根頂端分生組織，干細(xì)胞是單獨(dú)的一層圍繞在靜止中心逡逑的細(xì)胞，這些干細(xì)胞的子代細(xì)胞根據(jù)所在位置的不同，將存在不同的細(xì)胞命運(yùn)（圖１－逡逑３Ｂ）。在頂端分生組織中，組織中心以及靜止中心發(fā)揮干細(xì)胞巢的作用，維持毗鄰的干逡逑細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)［１２］。除了莖頂端分生組織和根頂端分生組織中的干細(xì)胞，維管干細(xì)胞，通常逡逑被稱為原形成層和形成層也在維管植物中形成了（圖１－３Ｃ）。逡逑Ａ邋Ｓｈｏｏｔ邋ａｐｉｃａｌ邋ｍｅｓｒｉｓｔｅｍ邋（ＳＡＭ）邐Ｂ邋Ｒｏｏｔ邋ａｐｉｃａｌ邋ｍｅｓｒｉｓｔｅｍ邋（ＲＡＭ）邐Ｃ邋Ｐｒｏｃａｍｂｉｕｍ／ｃａｍｂｉｕｍ逡逑ＰＺ邐Ｐ２逡逑／邋；邋／逡逑—邐．、邋／逡逑＿瞧畫酬邐’邐１邐Ｐｈｌｏｅｍ逡逑圖１－３莖頂端分生組織、根頂端分生組織以及維管形成層中干細(xì)胞巢的組成［６］逡逑（Ａ）莖頂端分生組織；（Ｂ）根頂端分生組織；（Ｃ）維管形成層。逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｔｅｍ邋ｃｅｌｌ邋ｎｉｃｈｅ邋ｉｎ邋ｓｈｏｏｔ邋ａｐｉｃａｌ邋ｍｅｒｉｓｔｅｍ，邋ｒｏｏｔ邋ａｐｉｃａｌ邋ｍｅｒｉｓｔｅｍ邋ａｎｄ邋ｖａｓｃｕｌａｒ逡逑ｃａｍｂｉｕｍ．邋（Ａ）邋ｓｈｏｏｔ邋ａｐｉｃａｌ邋ｍｅｒｉｓｔｅｍ；邋（Ｂ）邋ｒｏｏｔ邋ａｐｉｃａｌ邋ｍｅｒｉｓｔｅｍ

逡逑更為狹窄的輻射狀細(xì)胞直徑（圖１－４Ｂ）。在木質(zhì)部和韌皮部細(xì)胞分化的過(guò)程中，木質(zhì)部逡逑和韌皮部中間的一些細(xì)胞仍然維持它們的分生組織狀態(tài)，一直具有形成束中形成層的能逡逑力。然而，在玉米、水稻以及其它禾本科植物中，除原形成細(xì)胞分化為木質(zhì)部和韌皮部逡逑細(xì)胞外，在初生維管組織中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其它保留分生能力的細(xì)胞存在［１５］。逡逑１．２．３維管組織的次生生長(zhǎng)逡逑隨著束中形成層的不斷發(fā)育，大約在距離莖頂部６０邋ｍｍ位置，植物莖開(kāi)始逐漸增逡逑粗，在這個(gè)過(guò)程中，夾在維管束之間的射線組織中的一部分薄壁細(xì)胞，重新恢復(fù)細(xì)胞分逡逑裂的能力，形成束間形成層（圖１－４Ｃ）。當(dāng)束中形成層和束間形成層細(xì)胞銜接在一起逡逑后，形成完整的“環(huán)狀”維管形成層。形成層存在不經(jīng)過(guò)分化直接通過(guò)分裂產(chǎn)生子一代逡逑細(xì)胞的原始細(xì)胞。這些原始細(xì)胞在分化之前經(jīng)過(guò)分裂產(chǎn)生次生維管組織特化的細(xì)胞類型逡逑［１６］。形成層原始細(xì)胞有兩種類型：射線原始細(xì)胞和紡錘狀原始細(xì)胞［１７］。射線原始細(xì)胞幾逡逑乎是等直徑的

本文編號(hào)：2817118