生长素响应基因OsCLE48对拟南芥顶端分生组织发生的影响

发布时间：2019-11-11 13:10

【摘要】：生长素是一类重要的植物激素,合成于植物的根尖、茎尖等生长活跃的地方,以极性运输的方式运输到植物体的各部分调控植物的生长发育。作为一种化学信号,生长素的功能主要体现在影响侧根的发生、器官的形成、顶端优势以及植物的向性反应等方面。不同浓度的生长素在植物生长发育过程中发挥的作用不同,较低浓度的生长素可以促进生长,较高浓度则抑制生长,幼嫩的细胞对生长素敏感但衰老的细胞则比较迟钝。肽类激素(peptide hormones)是一类具有激素活性的多肽。在动物、细菌和酵母中,肽类激素调节细胞的多种生理活动。在植物的生长发育过程中,植物肽类激素发挥着非常重要的作用,包括顶端分生组织的发生,气孔的形成,花器官的发育等。目前,大约有20种植物肽类激素被发现,主要包括:CLAVATA3/ENDOSPERM SURROUNDING REGION(CLE)多肽家族,BRICK(BRK)多肽,EPIDERMAL PATTERNING FACTOR(EPF)多肽家族,ROOT MERISTEM GROWTH FACTOR(RGF)多肽家族,POLARIS(PLS)多肽和DEVIL1(DVL1)多肽等。生长素和肽类激素都可以调控植物的生长发育,它们之间也会相互影响。生长素在植物体内的运输或转运会受到一些肽类激素,如CLE-like(CLEL)的影响,同时有些编码肽类激素的基因,如PLS、RGF,它们在植物体内的表达水平会受到生长素的影响。但是关于CLE多肽家族的基因和生长素的关系却没有被报道。本论文中,我们发现水稻的一个CLE基因OsCLE48,其表达水平受生长素的影响,同时,异源表达OsCLE48对拟南芥顶端分生组织的发生有一定的影响。系统发育分析发现,OsCLE48和拟南芥中A型CLE多肽的一个亚组(CLE1-CLE7)有很高的同源性,我们又将OsCLE48中CLE保守区的氨基酸序列和拟南芥CLE1-CLE7和CLV3中CLE保守区的氨基酸序列进行序列对比,发现它们的氨基酸序列相似度很高。RT-PCR结果显示,经外源的IAA处理后,水稻中OsCLE48表达量有很明显的升高,将OsCLE48p-GUS转基因拟南芥幼苗进行GUS组织化学染色,发现经IAA处理后的转基因植株着色加深,这些都表明了OsCLE48基因受IAA上调。对OsCLE48p-GUS转基因拟南芥的幼苗、种子、莲座叶、茎叶、花絮、花蕊及角果进行GUS组织化学染色,发现均有着色,说明OsCLE48的启动子在拟南芥各个组织器官中都能够表达。qRT-PCR结果显示,水稻茎,根及穗中,OsCLE48都有表达。对异源表达OsCLE48的转基因拟南芥植株进行表型分析,我们发现,转基因植株的顶端分生组织消失,这种表型和CLV3过量表达植株的表型是类似的,利用CLV3顺式元件驱动OsCLE48在clv3-2突变体中表达,结果clv3-2突变体的表型得到了恢复,RT-PCR结果显示,WUS基因的表达量在表型恢复植株中也恢复到了野生型水平,这些结果说明,在拟南芥中,OsCLE48可以发挥和CLV3相似的作用。我们通过观察生长7天的异源表达OsCLE48的转基因植株幼苗的根,发现转基因植株的根和野生型并无差别,这说明,异源表达OsCLE48可以抑制拟南芥顶端分生组织的发生,但是不影响根分生组织的发生。qRT-PCR结果表明,OsCLE48转基因水稻植株中OsCLE48的表达量明显高于野生型,但跟野生型相比,转基因水稻的顶端分生组织和穗没有明显变化,这说明OsCLE48可能不参与调控水稻顶端分生组织的发生。以上研究结果都表明,OsCLE48是一个受生长素上调的CLE基因,在拟南芥中表达可以调控顶端分生组织的发生。
【图文】：

转录因子,拟南芥,结构域,转录抑制

图 1 拟南芥中的 ARFs 转录因子[12]igure 1. The ARFs family of transcription factors in Arabidop，8 和 19 具有激活活性，其中间区域是激活结构域，其中富含有抑制活性，其中间区域是抑制结构域，都富含 S，P 和 L。23 不完整之外，ARF3，13 和 17 中缺少了 C-末端区域；ARF DNA 结合域中插入了 32-36 个氨基酸 (图中用蓝色表示)。，一共有 23 个 ARFs 转录因子[17]，其中除了 ARF5，活活性之外，其它 ARFs 都有转录抑制活性[19]，这都水稻中共有 25 个 ARFs 转录因子[18]，其中 8 个 ARFRFs 有转录抑制活性[20]。/IAA 蛋白家族蛋白是一类核蛋白，存在于多种植物中，如拟南芥[2121]，番茄[24]等，具有 4 个结构域：结构域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和抑制作用，在 Aux/IAA 蛋白和 ARFs 结合形成二聚

生长素,信号转导途径

东北师范大学硕士学位论文较低时，ARFs 和 AuxREs 元件结合，同时 Aux/IAA 蛋白与 ARFs 结合，由于Aux/IAA 是抑制子，所以下游基因的表达被抑制；当植物体内生长素浓度较高时，细胞核内的 TIR1/AFB SCF 复合体将和 IAA 结合并且和 Aux/IAA 蛋白结合形成一个复合体，，Aux/IAA 蛋白被泛素化并且被 26S 蛋白酶体降解，解除对 ARFs 的抑制作用，进而引起一系列生长素相关的应答反应，调节植物的生长发育[29-32]，(图 2)[29]。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q946.885.1

【参考文献】