【摘要】：根是植物重要的營養(yǎng)器官,根毛是根表皮特化的細胞,是植物根系的重要組成部分,能夠增加根系與土壤之間的接觸面積,從而促進植物更高效地吸收水分和養(yǎng)分。因此,研究植物根毛細胞的分化和發(fā)育機制,具有重要的學術(shù)意義和經(jīng)濟應(yīng)用價值。本研究主要以擬南芥為材料,探究了 C2H2鋅指蛋白ZFP5、ZFP6和GIS3在根表皮細胞發(fā)育中的作用;同時以水稻為材料,對OsRHL41-like,OsRHD1-like,OsRHD2-like1和OsRHD2-like2基因在根毛發(fā)育中的功能進行研究。所取得的主要結(jié)果如下:1、為了研究ZFP5響應(yīng)營養(yǎng)信號調(diào)控根毛發(fā)育進行研究,發(fā)現(xiàn)低磷、低鉀能夠誘導(dǎo)ZFP5基因的表達,但是不能恢復(fù)zfp5突變體和干擾株系的短根毛表型。分子生物學實驗表明乙烯參與低磷、低鉀誘導(dǎo)根毛伸長,且ZFP5通過調(diào)控EIN2基因的表達來響應(yīng)低磷、低鉀誘導(dǎo)根毛發(fā)育。2、為了研究GIS3調(diào)控根毛發(fā)育的分子機制進行研究,發(fā)現(xiàn)與野生型相比,gis3突變體和GIS3RNAi干擾株系根毛數(shù)量顯著減少,根毛長度顯著變短,表明GIS3是調(diào)控根毛發(fā)育的正向調(diào)控因子。外源ACC和BA處理誘導(dǎo)野生型中GIS3表達,但是不能恢復(fù)gis3突變體短根毛表型。分子生物學和遺傳學研究表明,GIS3通過直接作用于RHD2和RHD4上游來調(diào)控根毛伸長。綜上所述,GIS3通過整合乙烯和細胞分裂素信號直接調(diào)控RHD2和RHD4基因的表達來調(diào)控根毛的形成和發(fā)育。3、為了研究ZFP6基因在根毛發(fā)育中的作用,對zfp6突變體和干擾株系根毛表型進行分析,發(fā)現(xiàn)ZFP6對根毛發(fā)育具有正向調(diào)控作用。外源施加ACC和BA能夠顯著誘導(dǎo)野生型中ZFP6基因的表達,但不能恢復(fù)zfp6突變體根毛長度,表明ZFP6響應(yīng)乙烯和細胞分裂素信號調(diào)控根毛伸長。通過RNA-Seq分析篩選出13個激素相關(guān)基因,酵母雙雜交分析表明ZFP6可能與AT4G36110、MYB51、ERF6和ATMYBL2存在相互作用。4、為了研究植物激素生長素、乙烯和細胞分裂素之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)只有乙烯能誘導(dǎo)野生型產(chǎn)生異位根毛,這意味著乙烯在根毛起始階段的特殊作用。然而,在伸長階段,生長素、乙烯和細胞分裂素均能促進根毛尖端生長,而細胞分裂素的作用在這個過程中獨立于生長素和乙烯。當生長素和乙烯信號有缺陷時,外源BA處理能夠恢復(fù)根毛伸長。更為重要的是,轉(zhuǎn)錄分析表明生長素、乙烯和細胞分裂素通過RSL4調(diào)控一系列根毛特異性基因來調(diào)控根毛發(fā)育。5、為了研究水稻OsRHL41-like等基因的功能,我們克隆了OsRHL41-like、OsRHD1-like、OsRHD2-like1和OsRHD2-like2這四個水稻基因,并將其轉(zhuǎn)入擬南芥和水稻中。發(fā)現(xiàn)過量表達水稻OsRHL41-like顯著增加擬南芥和水稻根毛長度,而OsRHL41-like干擾株系根毛長度顯著低于野生型。結(jié)果表明,OsRHL41-like正向調(diào)控水稻根毛伸長。OsRHD2-like1和OsRHD2-like2轉(zhuǎn)基因株系根毛表型與OsRHL41-lik相似,表明OsRHD2-like1和OsRHD2-like2是調(diào)控水稻根毛伸長的正向調(diào)控因子。而OsRHD1-like轉(zhuǎn)基因株系根毛表型與OsRHL41-like相反,表明OsRHD1-like是調(diào)控水稻根毛發(fā)育的負向調(diào)控因子。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q943.2
【圖文】：

根毛發(fā)育逡逑育的模式逡逑由稱為毛細胞（ｔｒｉｃｈｏｂｌａｓｔｓ）的特殊的表皮細胞發(fā)育中的排列模式由不同的植物決定。由于毛細胞的生長（ｎｏｎ－ｔｒｉｃｈｏｂｌａｓｔｓ）短、液泡更少且細胞質(zhì)較為稠密（種細胞類型之間的差異在根毛起始之前是明顯的（ｃ＆Ｓｚａｒｅｊｋｏ，２０丨４），原則上可以區(qū)分為三種不同類型Ｉ的根毛是按照隨機模式發(fā)育的，具有代表性的模式比例是可變的，而且會隨著環(huán)境的改變而改變。類型ＩＩ裂，隨后較大的細胞變成非根毛細胞，而較小的細胞是草本科短柄草。類型ＩＩＩ代表植物是比如十字花科綴于非根毛細胞中（Ｐｅｍｂｅｒｔｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ２００１）。逡逑

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和絲狀肌動蛋白的積累。突起形成后，進入頂端生長階段，而頂端生長的逡逑速度和持續(xù)時間決定了根毛的最終長度（Ｇｒｉｅｒｓｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ２００２）。逡逑在擬南芥中，根表皮細胞的命運決定受多種信號和轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)（圖１．２）。逡逑根毛細胞的命運決定受一個激活復(fù)合物負調(diào)控，該激活復(fù)合物由Ｒ２Ｒ３型ＭＹＢ逡逑轉(zhuǎn)錄因子ＷＥＲＥＷＯＬＦ邋（ＷＥＲ）、ｂＨＬＨ轉(zhuǎn)錄因子ＧＬＡＢＲＡ邋３邋（邋ＧＬ３邋）或者逡逑ＥＮＨＡＮＣＥＲ邋ＯＦ邋ＧＬＡＢＲＡ邋３邋（ＥＧＬ３）和邋ＷＤ４０邋重復(fù)蛋白邋ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ邋ＴＥＳＴＡ逡逑ＧＬＡＢＲＡ邋１邋（ＴＴＧ１邋）組成（Ｇｒｅｂｅ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２；邋Ｓｃｈｉｅｆｅｌｂｅｉｎ邋＆邋Ｚｈｅｎｇ，邋２０１４；逡逑Ｂａｌｃｅｒｏｗｉｃｚ＆Ｖｉｓｓｅｎｂｅｒｇ，２０１５）。這個復(fù)合物能夠促進同源蛋白邋ＧＬＡＢＲＡ２（ＧＬ２）逡逑的表徶，最終抑制根毛的形成。在毛細胞中，皮層中的位置信號能夠誘導(dǎo)逡逑的表達，從而降低灰的表達。該位置信號在Ｈ位置更加強逡逑烈，并且能夠被富含亮氨酸的重復(fù)受體激酶ＳＣＲＡＭＢＬＥＤ邋（ＳＣＭ）感知（Ｓｕ＆逡逑Ｊｏｈｎ，２００５；Ｈａｌａ＆Ｉｋｒａｍ，２０１０）。Ｈ位置ｆＦＭ的抑制需要一種具有富含亮氨酸重逡逑復(fù)核糖核酸酶抑制劑結(jié)構(gòu)域的植物特異性蛋白ＴＯＲＮＡＤＯ邋１邋（ＴＲＮ１）邋（Ｋｗａｋｅｔ逡逑ａｌ．

浙江大學博士學位論文逡逑和上游，且Ｇ／５■和ＧＺＳ２是ＧＫ３的直接作用靶基因（Ｓｕｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１５）。逡逑總的來說，Ｃ２Ｈ２鋅指蛋白調(diào)控表皮毛和根毛具有部分冗余和獨特的作用（圖１．３）逡逑（Ｙａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２）。逡逑ＧｉｐｅｒｅＨｉｎｓ邐Ｇｙｔｏｋ邋丨邋ｎｉｎｓ逡逑ＧＡ１／ＲＧＡ／ＲＧＬ１／ＲＧＬ２邋ＳＰＹ邐Ｊ邋／邋Ｅｔｈｙｌｅｎｅ逡逑＼＼邋＼逡逑Ｃｙｔｏｋｉｎｉｎｓ邐N＞邐＼邋ｊ邋＾邋’邐＼逡逑（＾ＦＰ８／ＧＩＳ２）邋Ｃ0ｉｓ＾）邐＼逡逑、＇邐饑}0邐ｌ釀？逡逑＼／邐Ｉ逡逑Ｔｒｋｔｉｏｍｅ邐Ｒｏｏｔ邋ｈａｉｒ逡逑ｍｍｎｏｎ邐ｆｏｒｍａｔｉｏｎ逡逑圖１．３Ｃ２Ｈ２鋅指蛋白在調(diào)控擬南芥表皮毛和根毛形成過程中的作用模型（Ｙａｎｅｔａｌ．，２０１２）。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｐｒｏｐｏｓｅｄ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｃ２Ｈ２邋ｚｉｎｃ邋ｆｉｎｇｅｒ邋ｐｒｏｔｅｉｎｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｒｉｃｈｏｍｅ逡逑ａｎｄ邋ｒｏｏｔ邋ｈａｉｒ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ．逡逑１．５禾本科作物根毛發(fā)育研究進展逡逑與擬南芥根毛的研究相比，禾本科作物中關(guān)于根毛的研究報道相對較少，其逡逑主要集中在大麥玉米和水稻（Ｏｙｚａｒａｒｉｖａ）。逡逑最新的研究進展主要揭示了禾本科作物中根表皮細胞特化的分子機理，包括根表逡逑皮細胞的模式、根毛的起始和根毛的伸長，對根毛發(fā)育的分子機理有更進一步的逡逑了解，能夠為將來高效吸收養(yǎng)分和水分的作物新品種提供潛在的可能性（Ｍａｒｚｅｃ逡逑＆邋Ｓｚａｒｅｊｋｏ

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相關(guān)博士學位論文 前1條

1 黃琳麗;AtZFP5、AtZFP6、AtGIS3和OsRHL41-like等基因調(diào)控根毛生長和發(fā)育的分子機制研究[D];浙江大學;2019年

本文編號：2785242