本文關(guān)鍵詞：擬南芥轉(zhuǎn)錄因子GIS、GIS2和SPT調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育分子作用機(jī)制的初步研究

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【摘要】：轉(zhuǎn)錄因子屬于生物體內(nèi)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控機(jī)制的重要組成部分,在生物體內(nèi)通過(guò)控制基因表達(dá)改變功能蛋白的時(shí)空分布,從而影響生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育及環(huán)境適應(yīng)等重要進(jìn)程。因此,研究轉(zhuǎn)錄因子的功能,對(duì)改良作物的生長(zhǎng)發(fā)育和提高作物產(chǎn)量,具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。植物在物種演化的進(jìn)程中進(jìn)化出了有別于動(dòng)物的特殊轉(zhuǎn)錄因子體系,不僅在結(jié)構(gòu)域氨基酸序列上演化出了植物特有的基元,還拓展出了植物專屬的轉(zhuǎn)錄因子家族。GIS和GIS2及編碼植物特有的轉(zhuǎn)錄因子,介導(dǎo)了植物體內(nèi)重要的發(fā)育生長(zhǎng)進(jìn)程。本研究以本實(shí)驗(yàn)室的前期研究工作為基礎(chǔ),以GIS、GIS2的直接靶基因?yàn)橹饕芯繉?duì)象,運(yùn)用分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)手段分析它們的表達(dá)模式,并通過(guò)構(gòu)建相關(guān)過(guò)量表達(dá)及RNAi載體,利用基因克隆和轉(zhuǎn)基因的方法驗(yàn)證其在表皮毛細(xì)胞形成及脅迫響應(yīng)中的功能。另外,本研究還運(yùn)用分子生物學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)手段分析了 SPT基因在控制擬南芥種子大小和種子油脂方面起到的關(guān)鍵作用。本研究取得的主要研究成果如下:1)以 GIS 及其靶基因At39047基因(PR4)、At2905160(AtCCCH18)和At3957920(SPL15)為研究對(duì)象,分析它們?cè)跀M南芥植株中各時(shí)期各部位的時(shí)空表達(dá)模式,并利用基因工程及遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)對(duì)GIS基因的三個(gè)靶基因的功能進(jìn)行驗(yàn)證,詳細(xì)分析了各個(gè)靶基因在表皮毛發(fā)育、鹽脅迫及滲透脅迫耐受中的功能。結(jié)果表明GIS直接靶基因PR4、AtCCCH18能顯著促進(jìn)擬南芥表皮毛的發(fā)育及植株對(duì)鹽脅迫及滲透脅迫的耐受響應(yīng);而GIS直接靶基因SPL15抑制表皮毛起始且降低植株對(duì)鹽脅迫及滲透脅迫的耐受性。我們的這些結(jié)果證明在GIS介導(dǎo)的擬南芥主莖表皮毛調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中,其靶基因SPL15起到了主要作用;而鹽脅迫及n蟯感財(cái)仁笛櫓っ鱃IS還參與了擬南芥對(duì)非生物脅迫適應(yīng)過(guò)程的調(diào)控。2)根據(jù)GIS2基因的兩個(gè)靶基因的轉(zhuǎn)基因株系在表皮毛發(fā)育、鹽脅迫及滲透脅迫方面的表型分析,靶基因At5g24150(SQE5)的過(guò)量表達(dá)能促進(jìn)擬南芥主根發(fā)育,而SQE5表達(dá)量減少或功能缺失抑制主莖及花萼上表皮毛的形成。靶基因At4g35770(SEN1)的功能缺失或表達(dá)量減少使擬南芥對(duì)鹽脅迫及滲透脅迫更加敏感,提高SEN1表達(dá)能夠抑制擬南芥主莖及花萼上表皮毛的形成。結(jié)合GIS2及其靶基因SQE5、SEN1在擬南芥植株中的時(shí)空表達(dá)模式,結(jié)果表明GIS2基因其靶基因不僅參與了擬南芥對(duì)環(huán)境逆境的抗逆反應(yīng)和表皮毛發(fā)育調(diào)控,還與生物鐘及光周期信號(hào)途徑互作。3)以SPT基因各突變體及過(guò)量表達(dá)株系為研究材料,表型分析證明SPT不僅能參與調(diào)控?cái)M南芥的花序形態(tài),還能影響植株高度及開(kāi)花時(shí)間。在種子中,SPT基因的突變不僅能夠顯著增加種子大小、重量,還導(dǎo)致種子種皮顏色變深、蛋白質(zhì)含量增高;過(guò)量表達(dá)SPT基因?qū)ΨN子大小無(wú)顯著效應(yīng),但種子脂肪酸組分分析及種子含油量結(jié)果表明SPT的過(guò)量表達(dá)顯著提高了擬南芥種子的脂肪酸含量。亞細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)分析表明在spt突變體中糊粉粒的體積增大,油體數(shù)量減少;而過(guò)量表達(dá)株系中糊粉粒體積減小,且油體數(shù)量顯著增加。qPCR結(jié)果表明,5PT在擬南芥角果和種子發(fā)育過(guò)程中主要起到促進(jìn)油脂相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、脂肪酸合成通路基因、油體膜蛋白及脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)基因表達(dá),同時(shí)抑制蛋白合成相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、儲(chǔ)存蛋白前體基因及儲(chǔ)存蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)受體基因的表達(dá)�？偠灾�,我們的研究成果證明SPT基因正向調(diào)控?cái)M南芥種子中油脂的合成及積累,并抑制種子中蛋白質(zhì)的合成積累。根據(jù)上述成果,本研究不僅拓寬了對(duì)擬南芥轉(zhuǎn)錄因子GIS、GIS2調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的理論認(rèn)知,并且證明了 SPT基因在提高作物產(chǎn)油量方面的潛力。為深入了解植物表皮毛發(fā)育相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子和種子油脂合成相關(guān)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)積累了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。對(duì)我們掌握表皮毛發(fā)育、逆境脅迫及種子改良的遺傳規(guī)律,以及提高種子農(nóng)藝性狀的未來(lái)應(yīng)用,提供了重要的理論依據(jù)和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【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】：2016
【分類號(hào)】：Q943.2

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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本文編號(hào)：1278093