【摘要】：根是植物重要的營(yíng)養(yǎng)器官,根毛是根表皮特化的細(xì)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(jìn)植物更高效地吸收水分和養(yǎng)分。因此,研究植物根毛細(xì)胞的分化和發(fā)育機(jī)制,具有重要的學(xué)術(shù)意義和經(jīng)濟(jì)應(yīng)用價(jià)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(xì)胞發(fā)育中的作用;同時(shí)以水稻為材料,對(duì)OsRHL41-like,OsRHD1-like,OsRHD2-like1和OsRHD2-like2基因在根毛發(fā)育中的功能進(jìn)行研究。所取得的主要結(jié)果如下:1、為了研究ZFP5響應(yīng)營(yíng)養(yǎng)信號(hào)調(diào)控根毛發(fā)育進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)低磷、低鉀能夠誘導(dǎo)ZFP5基因的表達(dá),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(xué)實(shí)驗(yàn)表明乙烯參與低磷、低鉀誘導(dǎo)根毛伸長(zhǎng),且ZFP5通過調(diào)控EIN2基因的表達(dá)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(jī)制進(jìn)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(zhǎng)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(dá),但是不能恢復(fù)gis3突變體短根毛表型。分子生物學(xué)和遺傳學(xué)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(zhǎng)。綜上所述,GIS3通過整合乙烯和細(xì)胞分裂素信號(hào)直接調(diào)控RHD2和RHD4基因的表達(dá)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(duì)zfp6突變體和干擾株系根毛表型進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)ZFP6對(duì)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(dá),但不能恢復(fù)zfp6突變體根毛長(zhǎng)度,表明ZFP6響應(yīng)乙烯和細(xì)胞分裂素信號(hào)調(diào)控根毛伸長(zhǎng)。通過RNA-Seq分析篩選出13個(gè)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(zhǎng)素、乙烯和細(xì)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(zhǎng)階段,生長(zhǎng)素、乙烯和細(xì)胞分裂素均能促進(jìn)根毛尖端生長(zhǎng),而細(xì)胞分裂素的作用在這個(gè)過程中獨(dú)立于生長(zhǎng)素和乙烯。當(dāng)生長(zhǎng)素和乙烯信號(hào)有缺陷時(shí),外源BA處理能夠恢復(fù)根毛伸長(zhǎng)。更為重要的是,轉(zhuǎn)錄分析表明生長(zhǎng)素、乙烯和細(xì)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(gè)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(dá)水稻OsRHL41-like顯著增加擬南芥和水稻根毛長(zhǎng)度,而OsRHL41-like干擾株系根毛長(zhǎng)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(zhǎng)。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(zhǎng)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(fù)向調(diào)控因子。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q943.2
【圖文】：

根毛發(fā)育逡逑育的模式逡逑由稱為毛細(xì)胞（ｔｒｉｃｈｏｂｌａｓｔｓ）的特殊的表皮細(xì)胞發(fā)育中的排列模式由不同的植物決定。由于毛細(xì)胞的生長(zhǎng)（ｎｏｎ－ｔｒｉｃｈｏｂｌａｓｔｓ）短、液泡更少且細(xì)胞質(zhì)較為稠密（種細(xì)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(jī)模式發(fā)育的，具有代表性的模式比例是可變的，而且會(huì)隨著環(huán)境的改變而改變。類型ＩＩ裂，隨后較大的細(xì)胞變成非根毛細(xì)胞，而較小的細(xì)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(xì)胞中（Ｐｅｍｂｅｒｔｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ２００１）。逡逑

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和絲狀肌動(dòng)蛋白的積累。突起形成后，進(jìn)入頂端生長(zhǎng)階段，而頂端生長(zhǎng)的逡逑速度和持續(xù)時(shí)間決定了根毛的最終長(zhǎng)度（Ｇｒｉｅｒｓｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ２００２）。逡逑在擬南芥中，根表皮細(xì)胞的命運(yùn)決定受多種信號(hào)和轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)（圖１．２）。逡逑根毛細(xì)胞的命運(yùn)決定受一個(gè)激活復(fù)合物負(fù)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(gè)復(fù)合物能夠促進(jìn)同源蛋白邋ＧＬＡＢＲＡ２（ＧＬ２）逡逑的表徶，最終抑制根毛的形成。在毛細(xì)胞中，皮層中的位置信號(hào)能夠誘導(dǎo)逡逑的表達(dá)，從而降低灰的表達(dá)。該位置信號(hào)在Ｈ位置更加強(qiáng)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(xué)博士學(xué)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(dú)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?cái)M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(jìn)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(bào)道相對(duì)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(jìn)展主要揭示了禾本科作物中根表皮細(xì)胞特化的分子機(jī)理，包括根表逡逑皮細(xì)胞的模式、根毛的起始和根毛的伸長(zhǎng)，對(duì)根毛發(fā)育的分子機(jī)理有更進(jìn)一步的逡逑了解，能夠?yàn)閷砀咝震B(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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1 黃琳麗;AtZFP5、AtZFP6、AtGIS3和OsRHL41-like等基因調(diào)控根毛生長(zhǎng)和發(fā)育的分子機(jī)制研究[D];浙江大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2785242