本文關(guān)鍵詞：毛白楊鈣離子依賴的核酸酶PtCDD基因在次生木質(zhì)部發(fā)育中的功能研究

  更多相關(guān)文章： 木材發(fā)育 毛白楊 PtCDD基因 細(xì)胞程序化死亡 導(dǎo)管分化

【摘要】：木材發(fā)育是植物發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域研究的前沿?zé)狳c(diǎn),具有典型的細(xì)胞程序化死亡的特征。其發(fā)育過程包括維管形成層細(xì)胞啟動分化,細(xì)胞的迅速擴(kuò)張,次生細(xì)胞壁的沉積,最后細(xì)胞死亡四個過程。核酸酶在木質(zhì)部細(xì)胞死亡的最后階段發(fā)揮至關(guān)重要的作用。近期的研究表明SNc結(jié)構(gòu)域基因家族中核酸酶基因參與了單性花的塑造和杜仲次生木質(zhì)部發(fā)育,但在楊樹莖的次生木質(zhì)部發(fā)育中尚未發(fā)現(xiàn)該類型基因。因此,研究次生木質(zhì)部核酸酶基因的功能對于揭示次生木質(zhì)部發(fā)育的機(jī)理具有重要意義。本論文著重研究了毛白楊次生木質(zhì)部發(fā)育中Pt CDD基因的重要作用,研究結(jié)果為理解毛白楊木材發(fā)育的分子機(jī)理提供了重要信息。主要研究結(jié)果如下:Pt CDD基因序列分析表明屬于典型的SNc結(jié)構(gòu)域基因家族。RT-PCR結(jié)果表明,Pt CDD基因在楊樹根、莖、葉、雄花序、雌花序和花粉等組織中均有表達(dá)。進(jìn)一步檢測表明Pt CDD基因在莖中主要是在韌皮部,形成層和未成熟木質(zhì)部表達(dá)。Pt CDD啟動子融合GUS報告基因轉(zhuǎn)化84K楊后,通過GUS染色分析發(fā)現(xiàn),GUS主要在楊樹維管組織中特異表達(dá),尤其在韌皮部,形成層和未成熟木質(zhì)部中檢測到特異的GUS信號。Pt CDD基因的表達(dá)模式表明Pt CDD基因可能參與了楊樹維管組織的發(fā)育。通過Pt CDD基因啟動子序列分析,發(fā)現(xiàn)該基因啟動子區(qū)域富含激素和環(huán)境相關(guān)的順式作用元件。分別通過激素ABA和GA,以及SA、干旱和Na Cl處理PPt CDD::GUS轉(zhuǎn)基因84K葉片,發(fā)現(xiàn)GUS的活性受到這些因素的影響。這些結(jié)果都說明Pt CDD基因可能受到多種激素和環(huán)境的影響而表達(dá)。為了研究Pt CDD基因的功能,分別在Pt CDD N端和C端融合綠色熒光蛋白(GFP)進(jìn)行活體蛋白亞細(xì)胞定位觀察,結(jié)果顯示Pt CDD蛋白C端氨基酸序列具有影響該蛋白定位的功能,而GFP-Pt CDD蛋白與核定位RFP-IIP蛋白共定位結(jié)果表明,Pt CDD基因的表達(dá)產(chǎn)物可以隨著時間的延伸而準(zhǔn)確的定位于細(xì)胞核中。為了研究Pt CDD基因在活體植物組織細(xì)胞中的功能,采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法,分別在煙草葉片中瞬時表達(dá)Pt CDD基因、Pt CDD基因Ca2+結(jié)合位點(diǎn)突變和Pt CDD基因SNc活性位點(diǎn)突變,觀察它們對煙草葉片細(xì)胞的影響。結(jié)果顯示,注射煙草葉片3d后檢測到基因的表達(dá)水平顯著升高,兩周后表達(dá)Pt CDD的位置葉肉細(xì)胞發(fā)生死亡,而注射對照、Ca2+結(jié)合位點(diǎn)突變和SNc結(jié)構(gòu)域突變的位置葉肉細(xì)胞未發(fā)生死亡。這些結(jié)果表明Pt CDD基因是具有Ca2+離子依賴的SNc結(jié)構(gòu)域活性的DNase,可以活體內(nèi)降解基因組DNA引發(fā)細(xì)胞死亡。超表達(dá)Pt CDD基因的84K楊轉(zhuǎn)基因植株表型分析發(fā)現(xiàn)Pt CDD基因活性的增加,影響了分化側(cè)根的能力。莖的切片觀察到在第3節(jié)間超表達(dá)植株導(dǎo)管分化數(shù)目要多于野生型對照;第5節(jié)間木質(zhì)部細(xì)胞層數(shù)和檢測的TUNEL信號都顯著多于野生型對照;第7和9節(jié)間,超表達(dá)材料單位面積的導(dǎo)管數(shù)目要顯著多于野生型對照。這些結(jié)果都說明Pt CDD基因能促進(jìn)楊樹導(dǎo)管的分化。通過病毒誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù),抑制或降低煙草Pt CDD同源基因的表達(dá),發(fā)現(xiàn)病毒誘導(dǎo)后煙草Pt CDD同源基因表達(dá)量顯著下調(diào),導(dǎo)致植株發(fā)育遲緩,未成熟木質(zhì)部自發(fā)熒光較弱,表明Pt CDD同源基因活性下調(diào)后,可能會延遲次生壁的沉積和影響次生木質(zhì)部的發(fā)育。本論文通過分析Pt CDD基因的組織特異表達(dá)模式、Pt CDD蛋白的亞細(xì)胞定位、煙草表達(dá)致死實(shí)驗(yàn)和促進(jìn)楊樹導(dǎo)管的提前分化等結(jié)果,都證明Pt CDD基因在楊樹次生木質(zhì)部發(fā)育的細(xì)胞程序化死亡過程中起重要作用。通過啟動基因組DNA的降解,觸發(fā)細(xì)胞的死亡,最終發(fā)育形成成熟的木材。
【關(guān)鍵詞】：木材發(fā)育 毛白楊 PtCDD基因 細(xì)胞程序化死亡 導(dǎo)管分化
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S792.117
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第一章 緒論15-58
• 1.1 引言15-41
• 1.1.1 植物細(xì)胞程序化死亡的研究進(jìn)展16-23
• 1.1.2 木質(zhì)部發(fā)育過程中細(xì)胞程序化死亡的研究進(jìn)展23-36
• 1.1.3 DNase基因的研究進(jìn)展36-41
• 1.2 研究目的和主要的研究內(nèi)容41-44
• 1.2.1 本論文中關(guān)鍵的科學(xué)問題和研究目的41-43
• 1.2.2 本研究中主要的研究內(nèi)容43-44
• 1.3 本研究的技術(shù)路線44-45
• 1.4 材料與方法45-58
• 1.4.1 實(shí)驗(yàn)材料45-47
• 1.4.2 實(shí)驗(yàn)方法47-58
• 第二章 毛白楊PtCDD基因的表達(dá)模式分析58-69
• 2.1 材料方法58
• 2.2 結(jié)果與分析58-67
• 2.2.1 PtCDD基因的序列分析58-59
• 2.2.2 PtCDD基因的表達(dá)分析59-61
• 2.2.3 啟動子PPtCDD::GUS轉(zhuǎn)化植株表達(dá)分析61-67
• 2.3 小結(jié)67-69
• 第三章 毛白楊PtCDD蛋白的定位與功能鑒定69-76
• 3.1 材料方法69
• 3.2 結(jié)果與分析69-74
• 3.2.1 PtCDD蛋白的亞細(xì)胞定位69-71
• 3.2.2 煙草葉片瞬時超表達(dá)PtCDD誘導(dǎo)細(xì)胞死亡71-74
• 3.3 小結(jié)74-76
• 第四章 毛白楊PtCDD基因在楊樹木質(zhì)部細(xì)胞發(fā)育的作用76-88
• 4.1 材料方法76
• 4.2 結(jié)果與分析76-86
• 4.2.1 PtCDD超表達(dá)植株表達(dá)分析76-77
• 4.2.2 35S::PtCDD轉(zhuǎn)基因 84K楊植株表型分析與顯微結(jié)構(gòu)觀察77-83
• 4.2.3 VIGS技術(shù)沉默煙草PtCDD同源基因83-86
• 4.3 小結(jié)86-88
• 第五章 結(jié)論與討論88-99
• 5.1 結(jié)論88-91
• 5.1.1 PtCDD基因?qū)儆诘湫偷腟Nc結(jié)構(gòu)域基因家族88
• 5.1.2 PtCDD基因啟動子活性受環(huán)境和激素的影響，，并具有維管組織特異的表達(dá)模式88-89
• 5.1.3 PtCDD蛋白具有準(zhǔn)確的細(xì)胞核定位功能89-90
• 5.1.4 35S::PtCDD轉(zhuǎn)基因 84K楊樹引發(fā)莖導(dǎo)管提早分化90
• 5.1.5 瞬時超表達(dá)PtCDD觸發(fā)煙草葉肉細(xì)胞死亡90-91
• 5.1.6 沉默煙草PtCDD同源基因使莖發(fā)育受到影響91
• 5.2 討論91-97
• 5.2.1 PtCDD基因的表達(dá)模式91-92
• 5.2.2 PtCDD蛋白的亞細(xì)胞定位92-93
• 5.2.3 煙草葉肉細(xì)胞體內(nèi)超表達(dá)PtCDD基因觸發(fā)細(xì)胞死亡93-94
• 5.2.4 PtCDD基因參與莖木質(zhì)部導(dǎo)管的發(fā)育94-97
• 5.3 展望97-99
• 參考文獻(xiàn)99-115
• 附錄115-118
• 在讀期間的學(xué)術(shù)研究118-119
• 致謝119

【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 王俊剛;毛白楊鈣離子依賴的核酸酶PtCDD基因在次生木質(zhì)部發(fā)育中的功能研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2015年

本文編號：1089136