拟南芥微丝结合蛋白VLN1调节根毛生长作用机制的研究

发布时间：2020-05-15 01:40

【摘要】：根毛的形成增加了根的表面积,加快了根从外界环境中对水分和营养物质的吸收,根毛的生长发育对植株的生长有较大的影响,同时根毛作为单细胞,也为植物细胞分化和伸长的研究提供了一个模型系统。根毛生长的终止能够准确地控制根毛的长度以及成熟时间。然而,目前关于根毛生长终止分子机制的研究较少。基于在根毛细胞顶端和亚顶端区域的粗肌动蛋白束在根毛生长终止中的功能,本研究揭示了微丝成束蛋白VLN1通过捆绑肌动蛋白丝在终止拟南芥根毛细胞伸长中的作用。具体研究结果如下:(1)通过GUS和GFP信号分析发现,VLN1在长根毛和短根毛细胞中均高度表达,包括其顶端及亚顶端区域,同时,药理学实验表明VLN1能够特异性地定位于根毛的微丝骨架;(2)通过遗传学方法分析发现,VLN1功能的缺失导致根毛生长停止延迟,从而导致较长根毛的产生,其过表达材料则显示出相反的结果,其根毛明显变短,生长停止时间与野生型相比提前近3 h,而回复突变植株的根毛长度及生长过程则与野生型相接近;(3)VLN1功能的丧失导致在拟南芥根毛的顶端及亚顶端区域中微丝捆绑成束的频率显著降低,粗肌动蛋白束的显着减少,微丝的切割频率和解聚频率显著增加,根毛顶端及亚顶端区域中最大微丝长度和最大微丝寿命显著降低。(4)调节根毛生长的重要的转录因子GL2基因突变体的根毛较野生型更长,生长停止时间推迟近2 h,且其过表达显示出完全相反的结果,表明在根毛终止生长过程中GL2显示出与VLN1相似的功能;(5)ChIP试验结果证明,VLN1是转录因子GL2的靶基因;(6)RT-qPCR和GUS染色分析显示,在gl2突变体植株中VLN1的表达量相对于野生型显著降低,而其过表达材料中VLN1的表达量则明显升高;(7)在根毛生长终止阶段,gl2突变体根毛顶端及亚顶端区域显示出与vln1突变体相似的微丝形态,即缺少粗微丝束。进一步研究发现:gl2突变体缺乏粗微丝束的表型可以被VLN1的过量表达回补。总之,本研究结果证实:VLN1通过捆绑根毛细胞亚顶端和顶端的微丝,调控根毛生长的终止过程,从而在根毛生长过程中发挥重要作用,并且VLN1调节根毛生长的作用受到转录因子GL2的调控,为根毛生长的调控机理和VLN1在体内的功能提供了新的科学依据。
【图文】：

分析图,结构域,根毛

第二章 AtVLN1 对拟南芥根毛长度及生长速率的影响结果与分析图 2-1 T-DNA 插入等位基因 vln1-1 和 vln1-2 的位置Fig.2-1 Locations of T-DNA insertion alleles vln1-1 and vln1-2.黑色矩形代表外显子，直线代表内含子，T-DNA(箭头)未按比例画出。Black boxes represent exons, and horizontal lines represent introns. T-DNA inserts (arrowheads) are not drawn to scale. = 100 bp Note：bar = 100 bp

转基因,基因表达,材料,结构域

图 2-1 T-DNA 插入等位基因 vln1-1 和 vln1-2 的位置Fig.2-1 Locations of T-DNA insertion alleles vln1-1 and vln1-2.黑色矩形代表外显子，直线代表内含子，T-DNA(箭头)未按比例画出。Black boxes represent exons, and horizontal lines represent introns. T-DNA inserts (arrowheads) are not drawn to scale.注：标尺 = 100 bp Note：bar = 100 bp图 2-2 VLN1 的结构域Fig.2-2 Domain structure of VLN1
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q945

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