粗梗水蕨生长素外输蛋白PIN基因的功能研究

发布时间：2020-03-22 08:41

【摘要】：在植物的生长发育中,生长素会形成浓度梯度,从而决定器官结构的着生位置以及奠定它们的基本建构。PIN蛋白是生长素外流的运输载体,它在细胞质膜上的不均匀分布导致特定的生长素流向。PIN基因的功能和进化得到了相当程度的研究,但蕨类植物PIN基因的功能及其进化意义尚未见报道。粗梗水蕨是蕨类植物分子生物学研究的准模式物种,并且有显著不同的可育叶,因此是研究蕨类植物P IN基因功能的理想材料。本论文首先探讨了生长素及其运输抑制剂对粗梗水蕨孢子萌发的影响,发现超过一定浓度的外源生长素会抑制孢子的萌发,而运输抑制剂NPA、TIBA和BF A也对孢子的萌发起抑制作用,其中NPA的抑制效果最明显。但是,IAA能够拮抗NPA和TIBA的作用。进一步的研究表明,IAA在培养孢子12h内加入能显著降低NPA对萌发的抑制,而在24h时加入这种拮抗作用明显下降,在48h时完全不起作用了。由此可见,NPA和IAA都可能对粗梗水蕨孢子萌发中的重力响应、细胞核迁移和细胞分裂等不同时期的重要事件有着一定的影响。然后,本论文从粗梗水蕨克隆了三个PIN基因。分析表明,它们的完整编码区长度分别是2328bp、2037bp和2118bp,编码的蛋白所含氨基酸数目分别是776、679和706。编码蛋白都含有两个跨膜区,亲水环的长度都大于120个氨基酸,所以它们都是典型长亲水环型PIN蛋白。本论文进一步分析了蕨类植物PIN基因的系统发育,发现以上三个基因分别属于蕨类植物的PINJ、PINL和PINM类型。在遗传转化的研究中,本论文首先构建了35S::GFP载体。通过基因枪轰击和洋葱表皮的瞬时表达,发现该载体能使细胞发出荧光。在此基础上,进一步构建了35S::PIN-GFP融合表达载体,并进行了测序验证。本论文的研究表明,粗梗水蕨的生长发育受到生长素的影响,并且含有多个长亲水环型PIN基因,这意味着PIN基因在该物种中有重要的生物学功能。
【图文】：

水蕨,实验室培养,野生型

水蕨（Ceratopteris pterioides）隶属于水蕨科（Parkeriaceae）水is Brongn）[1]，如图 1.1。粗梗水蕨常生长于湖泊沼泽，是一种57cm 之间，常成片漂浮水面上。其叶柄、叶轴与下部羽片的基柱形，而叶柄基部呈剑尖状并且布满细长的根。植株体内有很状细胞，使得植株具备一定的浮力可以漂浮于水面之上，尤其的叶柄处分布较多。孢子体叶具备二型：不育叶为光滑绿色单熟时柄长约 9cm，粗达 1.6cm 以上，叶片为卵状三角形，裂片嫩时绿色，成熟时变成棕色，柄长 5-8cm，粗 1.2-2.7cm，叶片角，2-4 回羽状，尾回裂片边缘薄且透明，形成强裂反卷直至主或角果形孢子囊，长 5cm 左右，宽 0.2cm 左右。孢子囊一般位上，未成熟时被叶边缘反向覆盖，成熟时叶片平展张开露出孢活史短，孢子体世代和配子体世代有明显交替的现象，并且两活，其孢子有“肋条状纹饰”等特点，为研究植物发育分子生胞生物学等的研究提供了很多的有效依据[2]。

基因,蕨类植物,小立碗藓,系统发育关系

因的系统发育关系（石松类植物的 PIN 基因一起表示为 LycoPIN，，，其余黑色分枝指向被子植物的 PIN 基因，裸子植物的 PIN 基因对PIN 基因属于蕨类植物。短亲水环 PIN 基因用“*”标注，其余为长因。左上小图示另一种 Eu3 关系。）Figure 3.1 Phylogenetic relationship of PIN genes.因系统发育树中，苔藓植物的 PIN 基因在基部，然后是自 PIN 基因。真叶植物(euphyllophyte)的 PIN 基因分为三类，有发现蕨类植物的 PIN 基因[19]。PIN 蛋白为植物特有的跨位于绿藻，而所有维管束植物的 PIN 基因构成一个分支[40有真叶植物的 PIN 基因为姊妹关系，而真叶植物的 PIN 基。在 Eu3 亚支中，裸子植物和被子植物均有多个的 PIN 基可能性有两种；然而蕨类植物只有一个 Eu3 类基因。与此在蕨类植物中有多个而在种子植物中只有一个。所以 PIN植物和种子植物的分野有关。同理，Eu1/2/3 可能在真叶植。蕨类植物属于真叶植物，但其只有 Eu2 和 Eu3 两类 PIN
【学位授予单位】：吉首大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943.2

【参考文献】