植物的根系對植物的營養(yǎng)吸收和脅迫響應有著不可替代的作用。生長素(Auxin)是一類重要的植物激素,在促進植物主根和側(cè)根生長發(fā)育等方面的作用尤其顯著。脫落酸(ABA:Abscisic acid)是另外一類重要的植物激素,它在植物的生長,發(fā)育,衰老以及脅迫響應等方面都有著非常重要的作用,常被認為是植物根系生長的抑制因子。PYR1/PYLs/RCARs蛋白家族是目前被廣泛認可的植物脫落酸受體,這個蛋白家族共有14個成員,在脫落酸存在的情況下,它們可以和一類蛋白磷酸酶(clade-A PP2C:clade-A Protein Phosphatase 2C)發(fā)生相互作用,使得原本和這類磷酸酶結(jié)合的蛋白激酶(SnRK2:Sucrose non-fermenting-1-Related protein Kinase 2)從其上解離,從而使SnRK2激酶可以發(fā)生自磷酸化并且重新獲得活性,然后進一步磷酸化下游基因,比如ABF2,使得脫落酸信號得以快速的向下傳遞并且調(diào)控相關(guān)基因的表達量上升或者下降。脫落酸的受體家族中的部分成員還在其他方面有著重要作用。比如PYL13,它對于PP2C的結(jié)合是不需要依賴脫落酸的,并且它還可以和其他PYL蛋白結(jié)合并抑制它們結(jié)合PP2C磷酸酶的能力,在實際應用方面,PYL13的過量表達會使得植物抗旱。不僅是PYL13,過量表達PYL5,也可以使植物抗旱。在所有的PYL單敲除突變體中,PYL8是唯一一個單敲除體在脫落酸培養(yǎng)基上表現(xiàn)出明顯的主根伸長的表型的基因。在鹽脅迫以及外源施加脫落酸的情況下,擬南芥?zhèn)雀L將會進入靜止期,而缺乏脫落酸受體PYL8會使得該靜止期延長,與這一現(xiàn)象不同,四突變體pyrlpyl1/2/4和三突變體snrk2.2/3/6卻表現(xiàn)出了縮短的靜止期,說明PYL8在這一過程中起的作用是其特有的。我們發(fā)現(xiàn)pyl8靜止期延長的表型可以被外源同時施加一種最常見的生長素,吲哚乙酸(IAA:Indoleacetic acid)所恢復。而對于和PYL8氨基酸序列非常相似的PYL9,發(fā)現(xiàn)它和PYL8的雙敲除突變體的側(cè)根靜止期長于PYL8單敲除突變體,這一現(xiàn)象也可以被外源施加吲哚乙酸所逆轉(zhuǎn),但是需要的吲哚乙酸濃度高于pyl8單突變體恢復所需的濃度。另外,雖然pyl9的單突變體沒有類似于pyl8的側(cè)根生長受到脫落酸抑制的表型,但是PYL9的誘導過量表達會明顯增加轉(zhuǎn)基因植物的平均側(cè)根長度,說明PYL8和PYL9在側(cè)根調(diào)控方面的功能有一定程度的重疊,并且PYL9的功能弱于PYL8。酵母雙雜交實驗發(fā)現(xiàn)了PYL8和PYL9蛋白可以和MYB77等轉(zhuǎn)錄因子相互作用,體內(nèi)實驗進一步證實了這種相互作用調(diào)控了該轉(zhuǎn)錄因子下游的基因的功能。MYB77是ARF7的互作蛋白并能增強其活性,而ARF蛋白參與了生長素信號通路,說明MYB77是通過生長素信號通路來調(diào)控側(cè)根的生長的。MYB77所在的R2R3MYB家族分為多個亞組,其中MYB77所在的第22亞組還包括MYB44,MYB70, MYB73。由于MYB轉(zhuǎn)錄因子本身是生長素信號通路的一部分,所以PYL蛋白通過MYB轉(zhuǎn)錄因子影響了生長素信號通路,實現(xiàn)了兩種植物激素的交互影響,是脫落酸和生長素信號通路的交叉節(jié)點。因此,PYL8和PYL9在側(cè)根從靜止期恢復這一過程中起著重要作用,并且這一作用是通過調(diào)控MYB轉(zhuǎn)錄因子進而影響生長素信號通路。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q943.2
文章目錄
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 植物的根系構(gòu)型
1.2 植物的根系和非生物脅迫
1.3 植物激素生長素的信號通路
1.4 植物激素脫落酸的信號通路
1.5 脫落酸受體的功能冗余和功能多樣性
1.6 MYB蛋白家族
1.7 生長素對根系構(gòu)型的作用
1.8 脫落酸對根系構(gòu)型的作用
1.9 其他植物激素對側(cè)根的作用
1.10 植物激素生長素和脫落酸的拮抗作用和協(xié)同作用
第2章 實驗材料與方法
2.1 主要實驗儀器和試劑盒
2.2 植物材料與生長條件
2.3 植物材料的無菌培養(yǎng)
2.4 擬南芥?zhèn)雀约爸鞲臏y量統(tǒng)計
2.5 遺傳雜交實驗
2.6 分子克隆
2.6.1 聚合酶鏈式擴增反應（PCR）
2.6.2 核酸的瓊脂糖凝膠電泳及回收
2.6.3 Gateway克隆
2.6.4 酶切反應
2.6.5 T4連接體系
2.6.6 大腸桿菌感受態(tài)細胞的制備以及化學轉(zhuǎn)化
2.6.7 菌落PCR鑒定陽性克隆
2.6.8 質(zhì)粒的小量抽提
2.6.9 酶切鑒定陽性克隆
2.7 測序樣品的準備
2.8 電擊轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌以及農(nóng)桿菌浸花轉(zhuǎn)化擬南芥
2.9 擬南芥陽性苗的篩選
2.10 植物基因組的抽提以及純合體鑒定
2.11 植物RNA的抽提
2.12 RNA的瓊脂糖凝膠電泳
2.13 RNA的反轉(zhuǎn)錄
2.14 熒光定量PCR
2.15 擬南芥原生質(zhì)體的瞬時轉(zhuǎn)化
2.15.1 質(zhì)粒大量抽提
2.15.2 擬南芥原生質(zhì)體的制備及轉(zhuǎn)化
2.16 酵母雙雜交
2.17 染色體免疫共沉淀
2.18 植物總蛋白的粗略抽提
2.19 蛋白免疫沉淀實驗
2.20 Western Blot實驗
2.21 原核蛋白的表達
2.22 凝膠阻滯實驗
第3章 脫落酸受體PYL8通過結(jié)合MYB轉(zhuǎn)錄因子進而調(diào)控植物側(cè)根發(fā)育
3.1 實驗結(jié)果
3.1.1 PYL8促進側(cè)根從脫落酸的生長抑制中恢復
3.1.2 脫落酸對側(cè)根的抑制是通過PYLs,PP2Cs,SnRK2s來實現(xiàn)的
3.1.3 在pyl8及脫落酸不敏感突變體中脫落酸對主根生長和側(cè)根發(fā)生的影響
3.1.4 外源添加生長素促進pyl8突變體中被脫落酸抑制的側(cè)根生長
3.1.5 PYL8通過增強MYB77的作用來調(diào)控側(cè)根發(fā)育
3.1.6 PYL8同時增強了MYB77的同源蛋白的轉(zhuǎn)錄活性
3.2 實驗討論
3.2.1 脫落酸信號通路抑制側(cè)根在靜止期的生長
3.2.2 鹽脅迫和施加脫落酸對植物側(cè)根發(fā)育的作用機制
3.2.5 后續(xù)實驗
第4章 脫落酸受體PYL9通過結(jié)合MYB轉(zhuǎn)錄因子進而調(diào)控植物側(cè)根發(fā)育
4.1 實驗結(jié)果
4.1.1 脫落酸處理下pyl8-1pyl9雙突變體的主根和側(cè)根發(fā)生的抑制程度比pyl8-1低
4.1.2 脫落酸處理下pyl8-1pyl9雙突變體的側(cè)根靜止期長于pyl8-1
4.1.3 外源添加生長素可以促進pyl8-1pyl9雙突變體中被脫落酸抑制的側(cè)根生長
4.1.4 誘導表達PYL9蛋白引起主根和側(cè)根的異常生長
4.1.5 PYL9蛋白和MYB轉(zhuǎn)錄因子相互作用
4.1.6 脫落酸和生長素可以促進PYL9增強MYB轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄活性
4.2 實驗討論
4.2.1 簡要總結(jié)
4.2.2 側(cè)根生長對脫落酸的超敏感揭示了脫落酸的一個重要功能
4.2.3 脫落酸誘導的側(cè)根生長靜止需要脫落酸受體介導其恢復
4.2.4 生長素和脫落酸的相互作用
4.2.5 后續(xù)實驗
參考文獻
附錄A 實驗使用的引物序列
附錄B 基因編號信息
附錄C 縮略詞
致謝
在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的研究成果
【相似文獻】
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本文編號：
2222101
