本文關(guān)鍵詞：楊樹WOX和HSP17.8基因在植物生長發(fā)育和抗逆脅迫中的調(diào)控作用研究　出處：《中國林業(yè)科學(xué)研究院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 楊樹 WOX HSP17.8 次生維管組織 不定根 抗逆 共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)

【摘要】：WUSCHEL-related homeobox(WOX)家族是植物特有的一類轉(zhuǎn)錄因子,調(diào)控形成層干細(xì)胞維持、側(cè)生器官發(fā)育及離體組織器官再生不定根等植物生長發(fā)育過程。Heat shock proteins(HSP)是一種具有抗逆作用的保護(hù)蛋白,在植物抵御逆境和適應(yīng)環(huán)境中發(fā)揮重要作用。本研究以楊樹PtoWUSa、PtoWOX4a、PtoWOX5a和PtrHSP17.8為研究對象,分析氨基酸序列相似性以及進(jìn)化關(guān)系,通過qRT-PCR和GUS染色分析基因的表達(dá)模式,通過轉(zhuǎn)化楊樹和擬南芥研究它們對楊樹葉片、莖、不定根生長發(fā)育和植物抗逆性的影響。最后構(gòu)建共表達(dá)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),對共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中基因和潛在下游基因表達(dá)水平進(jìn)行分析,揭示PtoWUSa、PtoWOX4a、PtoWOX5a和PtrHSP17.8在楊樹次生維管、不定根發(fā)育和植物抗逆反應(yīng)中的作用機制。研究得到如下主要結(jié)論:1.PtoWUSa、PtoWOX4a和PtoWOX5a均含有保守的HD和WUS結(jié)構(gòu)域;其中Pto WUSa和Pto WOX5a含有ERF-like結(jié)構(gòu)域;雖然都含有保守的結(jié)構(gòu)域,但是非保守區(qū)域氨基酸變化較大,與不同物種間氨基酸的序列相似性在29%-99%之間。2.PtoWUSa、PtoWOX4a和PtoWOX5a在葉脈中均有表達(dá);PtoWUSa和PtoWOX4a在莖中高豐度表達(dá);PtoWUSa在頂端分生組織中有表達(dá),而PtoWOX4a在頂端沒有表達(dá);PtoWUSa和PtoWOX5a在根中的表達(dá)主要在根尖區(qū)域,而PtoWOX4a在根中的表達(dá)主要集中在根中柱區(qū)域。3.過表達(dá)PtoWUSa、PtoWOX4a和PtoWOX5a導(dǎo)致植株葉片生長兩側(cè)向中間彎曲,葉片面積變小。在過表達(dá)PtoWUSa、PtoWOX4a和PtoWOX5a后與葉片葉片發(fā)育相關(guān)的YABBY1/3d、KAN1a、KAN1c和AS2基因的表達(dá)水平受到抑制。這一結(jié)果說明,PtoWUSa、PtoWOX4a和PtoWOX5a對葉片發(fā)育具有保守的調(diào)控機制。4.過表達(dá)PtoWUSa、PtoWOX4a和PtoWOX5a導(dǎo)致植株不定根數(shù)目的增多,根長變短。在PtoWUSa和PtoWOX5a的過表達(dá)植株中,不定根和側(cè)根根尖的膨大,側(cè)根著生部位的紊亂;在PtoWOX4a過表達(dá)楊樹中,不定根的直徑明顯增粗,木質(zhì)化增強,不定根根尖也出現(xiàn)膨大。在擬南芥中過表達(dá)PtoWUSa,植株主根變短且失去了向地性,促進(jìn)了側(cè)根的伸長。PtoWOX5a恢復(fù)atwox5突變體,突變體QC細(xì)胞的表型得到了恢復(fù),說明PtoWOX5a能夠代替AtWOX5在RAM區(qū)域維持干細(xì)胞的穩(wěn)定,PtoWOX5a和AtWOX5具有功能的同源性。5.過表達(dá)PtoWUSa和PtoWOX4a導(dǎo)致植株莖生長節(jié)間數(shù)變少,植株矮化。組織解剖結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示,過表達(dá)PtoWUSa和PtoWOX4a木質(zhì)部區(qū)域變寬,髓心部分變窄,而形成層區(qū)域?qū)挾葻o明顯變化。且過表達(dá)PtoWOX4a植株中韌皮纖維的數(shù)目變少,且單個韌皮纖維的面積變小,表現(xiàn)出與過表達(dá)PtoWUSa不同的表型。重力響應(yīng)實驗顯示,過表達(dá)PtoWUSa和PtoWOX4a增強了植株對重力的響應(yīng)。用不同特異啟動子驅(qū)動PtoWUSa和PtoWOX4a得到的轉(zhuǎn)基因楊樹中,植株的高生長都受到了抑制,莖中木質(zhì)化程度加強。這些說明PtoWUSa和PtoWOX4a在莖的次生生長中具有功能的保守性。6.在PtrWUSa和PtrWOX4a共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)大量與糖運輸、糖代謝相關(guān)、植物激素相關(guān)的基因、細(xì)胞周期和其它一些功能基因。定量結(jié)果顯示這些基因的表達(dá)在PtoWUSa和PtoWOX4a過表達(dá)植株莖中,受到不同程度的調(diào)控。在PtoWUSa和PtoWOX4a過表達(dá)植株不定根中的定量結(jié)果顯示,PtoWUSa和PtoWOX4a能通過影響PIN1、PIN3和WOX11/12等基因的表達(dá),對不定根的發(fā)育起到調(diào)控作用;PtoWOX4a還能影響與木質(zhì)部發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控不定根的次生生長。這些結(jié)果對PtoWUSa和PtoWOX4a在莖次生維管和不定根發(fā)育中的作用機制進(jìn)行了初步的闡述。7.定量結(jié)果顯示PtoWOX5a能調(diào)控細(xì)胞分裂相關(guān)基因CYCD和CDF4的表達(dá)。在共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)有56個與根發(fā)育相關(guān)的基因,對其中52個基因的表達(dá)成功檢測,有32個基因的表達(dá)水平下調(diào),20個基因的表達(dá)水平上調(diào)。這些結(jié)果揭示了PtoWOX5a能夠通過與這些功能基因協(xié)同作用共同調(diào)控楊樹不定根的發(fā)育。8.PtrHSP17.8是屬于胞質(zhì)定位的I類蛋白。PtrHSP17.8主要在莖和根中表達(dá),其表達(dá)受到不同生物脅迫的誘導(dǎo),特別是高溫脅迫。在擬南芥中過表達(dá)PtrHSP17.8能夠增強植株對高溫脅迫和鹽脅迫的抗性;在脅迫條件下過表達(dá)植株的成活率,根的長度,相對含水量,抗氧化酶的活性,脯氨酸和可溶性糖的含量相比于對照都明顯增強。通過生物信息學(xué)手段構(gòu)建了PtrHSP17.8基因的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò),其中包含了一些抗性響應(yīng)的基因(JAZ1、WRKY40和PIP3等),定量結(jié)果顯示在過表達(dá)植株中這些抗逆響應(yīng)基因的表達(dá)量相對于對照植株明顯上調(diào)。通過以上的結(jié)果可以推斷,PtrHSP17.8參與高溫以及鹽脅迫的響應(yīng),并通過調(diào)控JAZ1、WRKY40、PIP3等基因的表達(dá),進(jìn)而在植物抗逆反應(yīng)中發(fā)揮功能。本文對木本植株中WOX和HSP基因在植物維管發(fā)育、不定根發(fā)育和抗逆反應(yīng)中的作用進(jìn)行了研究,為全面了解不同物種中WOX和HSP基因的功能奠定了基礎(chǔ),對木材材性的定向改良、扦插擴繁和植物抗性育種具有重要理論意義和潛在應(yīng)用價值。
【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】：2017
【分類號】：S792.11

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 沈陽;蕭允藝;徐元博;;基因克隆研究方法綜述[J];安徽農(nóng)學(xué)通報(上半月刊);2012年01期

2 陳啟軍,李德昌;基因克隆的幾種常用方法[J];中國獸醫(yī)學(xué)報;1999年01期

3 ;中國克隆出解毒酶基因[J];世界熱帶農(nóng)業(yè)信息;2000年03期

4 周莎莎;;基因克隆與表達(dá)研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技;2008年22期

5 王桂花;孫霞;王致遠(yuǎn);趙德明;;小鼠腦14-3-3ζ蛋白的基因克隆及鑒定[J];中國畜牧獸醫(yī);2009年04期

6 田村俊樹;楊淑筠;;蠶絲學(xué)與基因工程[J];蠶學(xué)通訊;1985年01期

7 ;喬丹基因:基因克隆新策略[J];生物技術(shù)通報;1999年03期

8 譚向紅;21世紀(jì)初基因工程現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2002年02期

9 楊傳平,魏志剛,楊文慧;特異性表達(dá)基因克隆的策略[J];東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報;2002年05期

10 黃代青;果樹R基因同源序列克隆的初步研究[J];福建果樹;2002年S1期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張春美;;論基因倫理的存在之基[A];生命、知識與文明：上海市社會科學(xué)界第七屆學(xué)術(shù)年會文集（2009年度）哲學(xué)·歷史·文學(xué)學(xué)科卷[C];2009年

2 張憲省;宿紅艷;李全梓;李興國;白書農(nóng);陸文梁;;風(fēng)信子(Hyacinthus orientalis)HOM1基因的克隆與表達(dá)分析[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)2000年學(xué)術(shù)年會文集[C];2000年

3 宿紅艷;李全梓;李興國;白書農(nóng);陸文j;張憲省;;風(fēng)信子(Hyacinthus orientalis)HOM1基因的克隆與表達(dá)分析[A];全國植物分子生物學(xué)與生物技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2000年

4 魏力;方加瑋;周俊初;李友國;;一株海洋單胞菌的分離、鑒定和相關(guān)功能基因克隆[A];2006中國微生物學(xué)會第九次全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2006年

5 王怡;印莉萍;;OsArhI基因的克隆及功能分析[A];中國植物生理學(xué)會第十次會員代表大會暨全國學(xué)術(shù)年會論文摘要匯編[C];2009年

6 王盛;鐘伏弟;張永江;吳祖建;林奇英;謝聯(lián)輝;;海藻孔石莼中一種抗病毒蛋白的分離純化和基因克隆[A];第三次全國植物病毒和病毒防治學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2003年

7 張上隆;;類胡蘿卜素合成的相關(guān)基因及其基因工程[A];張上隆果樹學(xué)文選[C];2006年

8 畢延震;鄭新民;喬憲鳳;劉西梅;周荊榮;華文君;李莉;肖紅衛(wèi);張立蘋;華再東;魏慶信;;一種無縫基因克隆方法[A];中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會動物繁殖學(xué)分會第十六屆學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2012年

9 李安娜;徐榮艷;申晨;郭曉紅;李多川;;嗜熱毛殼菌熱穩(wěn)定酶的基因克隆、表達(dá)及分子改造[A];2010年中國菌物學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2010年

10 岳文;王冬梅;袁紅豐;裴雪濤;;干細(xì)胞分化調(diào)控新基因的篩選及其功能研究[A];第九屆全國實驗血液學(xué)會議論文摘要匯編[C];2003年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 汪敏華;成功克隆2.1萬個功能基因[N];解放日報;2004年

2 張學(xué)全;克隆人類全長功能基因獲突破[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2004年

3 本報實習(xí)記者 王新佳;基因：改變?nèi)祟惷\的新技術(shù)[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2001年

4 張汝金;發(fā)現(xiàn)37條人類新基因[N];解放軍報;2003年

5 記者　謝軍;SARS病毒基因克隆、蛋白質(zhì)表達(dá)等取得最新進(jìn)展[N];光明日報;2003年

6 本報實習(xí)記者 申音 記者 王旗;基因不是.com[N];中國經(jīng)營報;2000年

7 本報記者 周立文 本報通訊員 丁學(xué)國;中國基因三個人物與一個事業(yè)[N];光明日報;2000年

8 記者 張學(xué)全;克隆人類全長功能基因獲得重大進(jìn)展[N];新華每日電訊;2004年

9 張武 本報記者 徐蘭山;打造基因“王國”[N];科技日報;2003年

10 本報記者 呂媛;基因控制家蠶生男不生女[N];北京科技報;2004年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李建波;楊樹WOX和HSP17.8基因在植物生長發(fā)育和抗逆脅迫中的調(diào)控作用研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2017年

2 蔣桂雄;油桐種子轉(zhuǎn)錄組解析及油脂合成重要基因克隆[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2015年

3 熊華淇;常染色體隱性遺傳性多囊腎相關(guān)新基因的克隆及其特征[D];汕頭大學(xué);2002年

4 張高華;獐茅離子轉(zhuǎn)運蛋白基因AlNHX1與AlHAK1的克隆與表達(dá)研究[D];大連理工大學(xué);2008年

5 王學(xué)仁;擔(dān)子菌毛頭鬼傘的TMV抗性蛋白y3基因的分離、鑒定和表達(dá)[D];西北大學(xué);2010年

6 呂鴻雁;枯草芽孢桿菌中甲硫氨酸氨基肽酶基因的克隆與功能研究[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2002年

7 蘇偉;水稻程序性細(xì)胞死亡相關(guān)基因的克隆和功能分析[D];復(fù)旦大學(xué);2006年

8 溫建國;灰飛虱免疫相關(guān)基因及微管蛋白基因的克隆和分子鑒定[D];復(fù)旦大學(xué);2004年

9 李梅章;人類新基因的分離和鑒定研究[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2000年

10 生書晶;何首烏芪合酶基因（FmSTS）的克隆、鑒定及轉(zhuǎn)化擬南芥研究[D];華南理工大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳峰;擬南芥SDL基因的分離與功能互補驗證[D];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

2 陳曉兵;白芥CBL基因克隆及其在干旱脅迫下的表達(dá)分析[D];鄭州大學(xué);2015年

3 姜文靜;剛地弓形蟲RH株ROP10基因真核表達(dá)載體的構(gòu)建及其免疫原性分析[D];河北醫(yī)科大學(xué);2015年

4 郭前進(jìn);紅鰭東方渶SREBP基因的克隆及表達(dá)研究[D];新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院;2015年

5 李四游;赤霉素對蓮株型影響及其相關(guān)基因克隆與時空表達(dá)分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

6 史永磊;南極微生物SOD基因克隆與表達(dá)及發(fā)酵優(yōu)化的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 朱久;白氏文昌魚Amphip38基因克隆及免疫功能的分析[D];南京師范大學(xué);2015年

8 齊愛民;不倒翁蟲CYP4基因克隆及在黃渤海不同PAHs污染海域的響應(yīng)表達(dá)[D];大連海洋大學(xué);2015年

9 李鳳;桑樹中三個氧化酶相關(guān)基因的克隆、序列分析及表達(dá)[D];江蘇科技大學(xué);2015年

10 丁咚;柔嫩艾美耳球蟲河北株EtMIC-2基因真核表達(dá)載體的構(gòu)建[D];河北科技師范學(xué)院;2015年

，

本文編號：1315889