木材是自然界最重要的可再生資源,是人類制漿造紙、建筑業(yè)以及生物能源的主要原材料。改良木材性狀,優(yōu)化木材資源品質(zhì)已成為當(dāng)前林木育種的重要目標(biāo)。在木材形成過程中,植物激素特別是生長素,被認(rèn)為對維管形成層起始和次生木質(zhì)部分化具有關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。已有研究證實(shí),生長素濃度在形成層中最高,隨著韌皮部及木質(zhì)部分化,其含量逐漸降低。根據(jù)目前的生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模型,Aux/IAA(auxin/indole-3-acetic acid)和ARF(auxin response factor)是介導(dǎo)生長素響應(yīng)的兩個關(guān)鍵蛋白家族。研究表明,ARF與Aux/IAA對植物(原)形成層活動及維管系統(tǒng)的發(fā)育具有非常重要的作用,但其具體調(diào)控機(jī)制仍待進(jìn)一步探索。楊樹(Populus trichocarpa)是世界上分布最廣的用材樹種。隨著其全基因組測序完成,楊樹作為模式植物被廣泛應(yīng)用于樹木次生發(fā)育的研究中。本研究以毛白楊為實(shí)驗(yàn)材料,通過對重要Aux/IAA及ARF基因的分析,揭示其對楊樹次生發(fā)育的重要作用,初步弄清了生長素對木材發(fā)育的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。主要研究結(jié)果如下:1.參與木材發(fā)育的楊樹Aux/IAA候選基因篩選楊樹基因組包含35個全長Aux/IAA編碼基因,通過對已有的楊樹微陣列表達(dá)數(shù)據(jù)(microarray)、轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)(RNA-seq)的分析,確定IAA9在木材發(fā)育相關(guān)組織中表達(dá)特異性較高,暗示其可能對木質(zhì)部發(fā)育有調(diào)控作用。2.IAA9在維管形成層部位特異表達(dá)野生型毛白楊中,IAA9在木質(zhì)部、韌皮部、莖、根中均有較高的表達(dá)量。啟動子GUS染色結(jié)果表明,在維管形成層區(qū)域出現(xiàn)較強(qiáng)的GUS活性。原位雜交結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)IAA9在維管形成層部位特異性高表達(dá)。3.IAA9是典型的Aux/IAA蛋白在野生型毛白楊中,外施生長素顯著誘導(dǎo)IAA9表達(dá)。在煙草瞬時浸染實(shí)驗(yàn)中,外施生長素會減少IAA9葉片中的GFP信號,而在突變VGWPP氨基酸序列后的IAA9m中,生長素并不會對GFP信號產(chǎn)生顯著影響。表明IAA9在轉(zhuǎn)錄水平上受到生長素的誘導(dǎo),在蛋白水平上受到生長素的降解,且降解區(qū)域位于第二結(jié)構(gòu)域。亞細(xì)胞定位實(shí)驗(yàn)顯示,IAA9定位在細(xì)胞核中。酵母自激活實(shí)驗(yàn)證實(shí)IAA9是轉(zhuǎn)錄抑制子。因此IAA9具備了Aux/IAA蛋白的典型分子特征。4.IAA9過表達(dá)抑制楊樹次生木質(zhì)部形成構(gòu)建IAA9過表達(dá)載體轉(zhuǎn)入毛白楊,發(fā)現(xiàn)與野生型相比,轉(zhuǎn)基因楊樹的株高、莖直徑等都明顯下降。莖橫切片甲苯胺藍(lán)染色結(jié)果顯示,過表達(dá)植株的次生木質(zhì)部發(fā)育受到明顯抑制,木質(zhì)部細(xì)胞層數(shù)減少,相對面積下降。熒光定量PCR檢測表明,轉(zhuǎn)基因楊樹中木質(zhì)素合成關(guān)鍵酶基因表達(dá)量均有不同程度的下調(diào)。5.IAA9和ARF5能夠發(fā)生蛋白相互作用酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)證實(shí),IAA9和ARF5.1,ARF5.2能在體外發(fā)生相互作用。通過雙分子熒光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn),確定IAA9和ARF5.1在體內(nèi)也存在蛋白相互作用。6.ARF5.1能夠恢復(fù)IAA9過表達(dá)植株次生發(fā)育表型將全長和去掉Ⅲ、Ⅳ結(jié)構(gòu)域的ARF5.1過表達(dá)載體轉(zhuǎn)入IAA9m-OE轉(zhuǎn)基因植株中發(fā)現(xiàn),全長ARF5.1對IAA9m-OE的回復(fù)在株高、木質(zhì)部發(fā)育等方面,可接近野生型水平,ARF5.1Δ/IAA9m-OE中會完全恢復(fù)IAA9m-OE表型。酵母自激活和酵母雙雜實(shí)驗(yàn)表明,ARF5.1Δ依然具有激活活性,但卻不能和IAA9發(fā)生相互作用。7.IAA9-ARF5復(fù)合體調(diào)控HB基因表達(dá)熒光定量PCR結(jié)果顯示,在IAA9m-OE轉(zhuǎn)基因株系中,HB7和HB8基因表達(dá)量明顯下調(diào)。用生長素分別處理野生型和IAA9m-OE轉(zhuǎn)基因植株發(fā)現(xiàn),這兩個基因的轉(zhuǎn)錄水平都受到生長素的誘導(dǎo),且在生長素信號被阻斷的IAA9m-OE轉(zhuǎn)基因植株中,生長素對其的誘導(dǎo)明顯消失。這說明HB7和HB8基因可能參與生長素介導(dǎo)的木質(zhì)部發(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。ChIP實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,ARF5.1可直接結(jié)合HB7和HB8上游啟動子序列,從而調(diào)控其基因表達(dá)。綜上所述,IAA9在楊樹木材發(fā)育相關(guān)組織中表達(dá)量高,并參與莖次生木質(zhì)部的發(fā)育。IAA9通過和ARF5.1相互作用形成蛋白復(fù)合體,通過ARF5.1上的DNA結(jié)合區(qū)域結(jié)合下游基因HB7和HB8,并調(diào)控其表達(dá),影響形成層向木質(zhì)部細(xì)胞的分化,進(jìn)而調(diào)控木材發(fā)育。這些結(jié)果將為解釋生長素信號調(diào)控木材發(fā)育提供理論依據(jù),為木材資源的優(yōu)化奠定分子基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：Q943.2;S792.11
【部分圖文】：

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文官的胚胎發(fā)生過程中也有相類似的過程。如在擬南芥種子萌發(fā)后不久，原組織以一種器官特有的方式被定義成為木質(zhì)部或韌皮部，并在原形成層組化，隨后未分化的細(xì)胞會產(chǎn)生維管形成層[12]。因此，擬南芥的形成層活動原維管束的束內(nèi)形成層，隨后延伸到束間區(qū)域，形成一個閉合的分生細(xì)胞維管形成層[13, 14]。

第 1 章 文獻(xiàn)綜述在一些老莖中，這些分生細(xì)胞實(shí)際上是從次生韌皮部招募而來的。在的兩側(cè)，可以徑向定義為參與細(xì)胞分裂、細(xì)胞擴(kuò)展和細(xì)胞分化的 3 個的次生發(fā)育可以分為兩個階段：較早的階段只產(chǎn)生維管和薄壁細(xì)胞，段形成層開始產(chǎn)生維管和木質(zhì)化的纖維細(xì)胞。與次生韌皮部相比，擬相對較多的次生木質(zhì)部[20, 21]。

圖 1.3 楊樹及擬南芥次生壁合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[23]Fig. 1.3 Transcriptional regulatory network controlling secondary cell wall biosynthesiArabidopsis and Populus2.4 形成層的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)形成層的分裂分化活動會影響木質(zhì)部和韌皮部的形成，因此關(guān)于形成活動也是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。近年來，利用分子生物學(xué)手段已經(jīng)證實(shí)，許與調(diào)控維管形成層的活性。如 WOX4，參與調(diào)控維管莖細(xì)胞的分裂，可
【參考文獻(xiàn)】

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1 徐梅卿;周旭東;樸春根;;中國不同栽培區(qū)楊樹品系及其病害種類[J];林業(yè)科學(xué)研究;2009年05期

2 張津林;張志強(qiáng);查同剛;陳吉泉;孫閣;劉晨峰;崔令軍;陳軍;申李華;;沙地楊樹人工林生理生態(tài)特性[J];生態(tài)學(xué)報;2006年05期

3 張勇;張守攻;齊力旺;陳小強(qiáng);陳瑞陽;宋文芹;;楊樹——林木基因組學(xué)研究的模式物種[J];植物學(xué)通報;2006年03期

4 王嘉楠;查朝生;劉盛全;;人工林楊樹木材纖維形態(tài)特征及其變異的研究[J];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2006年02期

本文編號：2849793