本文關(guān)鍵詞：Apyrases和eATP在擬南芥主根接觸刺激響應(yīng)中的作用

  更多相關(guān)文章： 擬南芥主根 三磷酸腺苷雙磷酸酶 eATP 接觸刺激響應(yīng) 微管骨架

【摘要】：植物根系結(jié)構(gòu)的形成和生長發(fā)育受內(nèi)外因素的共同調(diào)節(jié),大量研究證實(shí)接觸刺激是影響根系生長行為的重要因素之一。三磷酸腺苷雙磷酸酶(apyrase)能夠調(diào)控胞外基質(zhì)中ATP(eATP)的濃度,在植物生長發(fā)育中具有十分重要的作用。但是apyrase及eATP信號是否也在植物根系的接觸刺激響應(yīng)過程中發(fā)揮作用還未見報(bào)道。因此本文建立了對植物根系實(shí)現(xiàn)持續(xù)機(jī)械刺激的加載平臺,以模式植物擬南芥主根為研究對象,定量研究野生型(WS)與APY1-7突變體主根在器官、細(xì)胞水平上響應(yīng)接觸刺激的差異。通過引入高靈敏度的實(shí)時(shí)生物傳感技術(shù)建立了檢測eATP濃度的方法,研究了apyrase表達(dá)與eATP濃度差異在擬南芥主根響應(yīng)接觸刺激中的作用規(guī)律。進(jìn)一步結(jié)合細(xì)胞骨架的活體觀測實(shí)驗(yàn),研究了apyrase與細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和排布在主根接觸刺激響應(yīng)中的相互關(guān)系。研究闡明了apyrase及eATP在擬南芥主根響應(yīng)接觸刺激中具有十分重要的調(diào)控作用,為以后apyrase功能的完整闡明提供了寶貴的線索,是對現(xiàn)有apyrase和接觸刺激在調(diào)控植物生長發(fā)育作用理解的重要補(bǔ)充。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.利用對植物根系實(shí)現(xiàn)持續(xù)機(jī)械刺激的加載平臺,篩選在主根接觸刺激響應(yīng)中潛在的擬南芥apyrase。①通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)介質(zhì)硬度、粗糙度及表面角度,建立對植物根系形成持續(xù)機(jī)械刺激的加載平臺。②研究發(fā)現(xiàn)擬南芥APY1和APY2突變體主根在瓊脂表面顯著向右偏斜生長,而APY3-7突變體主根無偏斜生長趨勢。③單基因敲除的apy1突變體主根與野生型相比在正常生長條件及機(jī)械刺激下顯著的向右偏斜生長,過量表達(dá)APY1會抑制這種偏斜生長,且突變體主根外表皮細(xì)胞系的趨向性也和野生型存在顯著差異。④apy1和apy2突變體主根長度顯著短于野生型主根,過量表達(dá)APY1和APY2的突變體主根顯著長于野生型。⑤進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)APY1和APY2表達(dá)受到抑制的RNAi突變體(R2-4A)主根的生長受到顯著抑制,且完全失去向重性生理反應(yīng)。以上結(jié)果表明,APY1和APY2在調(diào)控?cái)M南芥主根接觸刺激響應(yīng)中具有十分重要的作用。2.從化學(xué)阻斷的角度研究apyrase和生長素對擬南芥主根接觸刺激響應(yīng)的影響。①通過在瓊脂培養(yǎng)基中添加兩種apyrase抑制劑apyrase inhibitor 4和NGXT13,發(fā)現(xiàn)野生型和突變體主根在瓊脂表面顯著向右偏斜生長,但是偏斜生長的程度存在顯著差異,這表明apyrase的活性是擬南芥主根響應(yīng)接觸刺激的必要條件。②進(jìn)一步組織化學(xué)分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種apyrase抑制劑影響了主根生長素的極性運(yùn)輸,0.5μM生長素輸出抑制劑NPA也誘導(dǎo)野生型和apyrase突變體主根偏斜生長。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明apyrase調(diào)控?cái)M南芥主根在瓊脂表面的接觸刺激響應(yīng)和生長素極性運(yùn)輸有關(guān)。3.引入高靈敏度的實(shí)時(shí)生物傳感技術(shù)建立了定量檢測eATP濃度的方法,對擬南芥野生型和apyrase突變體主根附近的eATP進(jìn)行了研究。①發(fā)現(xiàn)野生型擬南芥主根根尖的eATP濃度為2.3±0.3nM。RNAi突變體主根根尖附近的eATP濃度是野生型擬南芥的40倍,伸長區(qū)eATP濃度是野生型擬南芥的80倍。過量表達(dá)APY1和APY2的突變體主根附近eATP濃度均低于0.5nM。結(jié)果表明APY1和APY2對細(xì)胞eATP濃度具有十分重要的調(diào)控作用。②外源添加2mM ATP和150μM ATPγS也會誘導(dǎo)野生型擬南芥和apyrase突變體主根顯著向右偏斜生長,且由ATP誘導(dǎo)的主根顯著偏斜生長并不是其磷酸化或二級產(chǎn)物誘導(dǎo)的結(jié)果。這表明外源ATP和內(nèi)源ATP都在擬南芥主根接觸刺激響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。4.基于apy1突變體主根的偏斜生長和外表皮細(xì)胞系螺旋表型與微管骨架相關(guān)突變體的生長表型十分相似,研究了apyrase與細(xì)胞骨架在擬南芥主根響應(yīng)接觸刺激中的相互作用。①通過在培養(yǎng)基中添加微管穩(wěn)定劑Taxol和解聚劑Propyzamide,發(fā)現(xiàn)在主根偏斜生長和外表皮細(xì)胞系螺旋方面,野生型和APY1突變體主根對微管特異性藥物的敏感性存在顯著差異,這表明APY1可能與微管骨架功能相關(guān)。②進(jìn)一步激光共聚焦顯微鏡對GFP-MBD主根伸長區(qū)外表皮細(xì)胞骨架活體觀測的結(jié)果表明,添加apyrase抑制劑會擾動(dòng)微管骨架的正常結(jié)構(gòu)和排布,微管束出現(xiàn)斷裂成核和熒光斑點(diǎn)聚集的現(xiàn)象。結(jié)果表明apyrase通過調(diào)控皮層微管骨架的結(jié)構(gòu)和排布在擬南芥主根接觸刺激響應(yīng)中發(fā)揮作用。
【關(guān)鍵詞】：擬南芥主根 三磷酸腺苷雙磷酸酶 eATP 接觸刺激響應(yīng) 微管骨架
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q945
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-8
• 英文縮寫表8-11
• 1 植物根系接觸刺激響應(yīng)行為的概述11-17
• 2 植物接觸刺激響應(yīng)機(jī)理的研究進(jìn)展17-29
• 2.1 Apyrase在植物生長發(fā)育中的作用17-18
• 2.2 擬南芥中的apyrases18-20
• 2.3 胞外ATP(eATP)的生物學(xué)功能20-22
• 2.4 eATP的檢測方法22-25
• 2.5 細(xì)胞骨架在植物根系結(jié)構(gòu)中的作用25-29
• 3 課題的提出29-33
• 4 APY1-7 突變體主根在瓊脂表面生長表型的研究33-53
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料和方法33-37
• 4.1.1 植物材料和生化試劑33-34
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)方法34-37
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果37-48
• 4.2.1 APY1-7 的表達(dá)水平對擬南芥主根長度和偏斜生長的影響37-40
• 4.2.2 RT-PCR驗(yàn)證APY1和APY2在擬南芥中的表達(dá)40
• 4.2.3 APY1和APY2突變體主根響應(yīng)接觸刺激40-43
• 4.2.4 APY1和APY2突變體主根的生長表型無表面依耐性43-45
• 4.2.5 APY1突變體主根的外表皮細(xì)胞系螺旋表型45
• 4.2.6 抑制APY1和APY2的表達(dá)對擬南芥主根生長的影響45-48
• 4.3 討論48-53
• 5 ATP在擬南芥主根接觸刺激響應(yīng)中的作用53-71
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法53-55
• 5.1.1 植物材料與生化試劑53
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)方法53-55
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-68
• 5.2.1 APY1和APY2突變體主根中eATP的濃度差異55-58
• 5.2.2 外源添加ATP對野生型和apyrase突變體主根接觸響應(yīng)的影響58-60
• 5.2.3 ATP相關(guān)化合物對擬南芥主根接觸刺激響應(yīng)的影響60-62
• 5.2.4 PPADS會抑制由ATP和ATPγS引起的擬南芥主根偏斜生長62-65
• 5.2.5 ATP對dorn1突變體主根接觸刺激響應(yīng)的影響65-66
• 5.2.6 pH值對ATP誘導(dǎo)的偏斜生長表型的影響66-68
• 5.3 討論68-71
• 6 Apyrase和生長素在擬南芥主根接觸刺激響應(yīng)中的作用71-83
• 6.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法71
• 6.1.1 植物材料與生化試劑71
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)方法71
• 6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果71-78
• 6.2.1Apyrase inhibitor 4 對擬南芥主根生長的影響71-72
• 6.2.2 NGXT13對擬南芥主根生長的影響72-73
• 6.2.3 Apyrase抑制劑對R2-4A主根生長的影響73-74
• 6.2.4 生長素抑制劑對擬南芥主根生長表型的影響74-77
• 6.2.5 擬南芥apyrase抑制劑對主根生長素極性運(yùn)輸?shù)挠绊?/span>77-78
• 6.3 討論78-83
• 7 Apyrase和細(xì)胞骨架在擬南芥主根接觸刺激響應(yīng)中的相互作用83-93
• 7.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法83
• 7.1.1 植物材料與生化試劑83
• 7.1.2 實(shí)驗(yàn)方法83
• 7.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果83-90
• 7.2.1 細(xì)胞骨架相關(guān)藥物對APY突變體主根生長的影響83-85
• 7.2.2 微管藥物對APY1 OE主根外表皮細(xì)胞系的影響85-87
• 7.2.3 Apyrase抑制劑對微管骨架的影響87-88
• 7.2.4 Apyrase抑制劑對微絲骨架的影響88-90
• 7.3 討論90-93
• 8 結(jié)論與展望93-95
• 8.1 本文的主要結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)93-94
• 8.2 后續(xù)工作建議及展望94-95
• 致謝95-97
• 參考文獻(xiàn)97-111
• 附錄111-112
• A 發(fā)表論文與著作111-112
• B 攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目112

【相似文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊興艷;Apyrases和eATP在擬南芥主根接觸刺激響應(yīng)中的作用[D];重慶大學(xué);2015年

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2 杜麗莎;eATP對擬南芥暗生長幼苗生長發(fā)育的影響及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制[D];河北師范大學(xué);2013年

3 張娜;eATP調(diào)節(jié)擬南芥根系生長的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制[D];河北師范大學(xué);2011年

4 宋丹;14-3-3蛋白在eATP調(diào)節(jié)擬南芥根系生長過程中的作用[D];河北師范大學(xué);2013年

5 馮萌;乙烯反應(yīng)因子在eATP調(diào)控?cái)M南芥根系生長過程中的作用[D];河北師范大學(xué);2013年

6 王玲玲;擬南芥14-3-3蛋白在eATP促進(jìn)氣孔開放過程中的作用[D];河北師范大學(xué);2012年

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本文編號：906405