Polycomb group在拟南芥叶缘发育中的生物学功能研究

发布时间：2020-06-15 07:04

【摘要】：叶片是植物重要的营养器官,在农业生产中绝大多数蔬菜的经济价值均来自于叶片。可见,对植物叶片发育的研究显得尤为重要。在已知的叶缘发育模型中,生长素、PIN1、CUC2和MIR164A对叶缘锯齿的形成起到至关重要的作用。本文以模式植物拟南芥为研究材料,揭示蛋白多梳家族(Polycomb group,PcG)在叶缘锯齿发育中的生物学功能,建立PcG参与的新的叶缘发育模型,解析植物叶缘发育的新机制。本文首次将表观遗传机制引入到叶缘锯齿发育的研究中,旨在为现代农业生产中新品种的选育和花卉叶缘改良等提供理论指导。1.拟南芥PcG突变体的叶缘锯齿分析深入分析拟南芥PcG突变体emf2-10 vrn2-1(简称ev)的叶缘表型。结果显示,ev具有强烈的叶锯齿结构,但若进一步缺失CUC2则叶锯齿程度大大降低,暗示PcG对叶缘的调控很大程度上依赖于CUC2。此外,PcG并不能对叶锯齿数目产生显著地影响。通过一系列的叶尖端,叶凹陷,叶轮廓的空间对比分析可知,cuc2-1D叶缘锯齿产生的原因是叶尖端的快速生长和叶凹陷的抑制生长。但是这一模式并不完全适用于ev。ev锯齿的产生则更加依赖于叶凹陷的抑制生长。2.叶缘发育中CUC2的功能研究及其相互作用因子分析对Col-0和cuc2-1D叶尖端间距和叶凹陷间距进行测量与对比。结果显示cuc2-1D的叶尖端间距大于Col-0,而叶凹陷间距小于Col-0。这说明叶凹陷区特异性表达的CUC2具有促进叶尖生长和抑制叶凹陷生长的双重功能。实时定量PCR结果显示CUC2具有抑制STM、KNAT1、KNT2、KNAT6、EPFL2和DPA4基因表达的功能,扩展了叶缘锯齿发育中的信号通路。3.PcG突变体中叶缘发育相关基因的表达、定位及叶缘发育模型的建立对PcG突变体ev中叶缘基因的表达进行检测,结果显示CUC2、CUC3、STM、KNAT1、KNAT2、KNAT6、EPFL2 和 DPA4 在 ev 中高表达,而 MIR164A、MIR164B和MIR164C在ev中低表达。这说明PcG可通过调控多个叶缘基因参与叶缘锯齿的发育。ev叶尖端的生长素峰值显著低于La-0,而叶凹陷处CUC2的表达量则高于La-0。这暗示ev叶缘锯齿产生的原因可能是生长素与CUC2的共同作用。ChIP结果显示,PcG可特异性结合CUC2的DNA,证明CUC2是PcG的靶基因。La-0中MIR164A主要存在于叶尖和叶脉处,而在ev叶片尖端仅检测到极少量的MIR164A。这说明在叶缘发育的生物进程中,PcG不仅可直接调控CUC2的表达,还可通过调控MIR164A的表达间接调控CUC2。最后,本文通过揭示PcG在叶缘发育中的生物学功能,建立PcG参与的新的叶缘发育模型。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q945.4
【图文】：

甲基化,胞嘧啶,甲基,腺苷甲硫氨酸

１．２．１邋ＤＮＡ甲基化修饰逡逑ＤＮＡ甲基化是指ＤＮＡ复制时，经过ＤＮＡ甲基转移酶催化，将Ｓ－腺苷甲硫氨酸上逡逑的甲基共价结合到ＤＮＡ的腺嘌呤或胞嘧啶的过程［１２］。图１－１展示了邋ＤＮＡ的甲基化过逡逑程［１３］。甲基化是ＤＮＡ的一种主要表观遗传修饰形式，参与调节基因的功能。在植物逡逑中，ＤＮＡ甲基化修饰位点多发生在ＧＣ富含区，位于ＣＧ、ＣＮＧ和ＣＨＨ处（Ｎ表示逡逑Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ；邋Ｈ表示Ａ、Ｃ、Ｔ）邋［１４］。ＤＮＡ甲基化也常发生于高度重复序列处，且通逡逑常是对称的甲基化，非重复序列一般不发生甲基化［１５，１６］。ＤＮＡ的甲基化修饰受到多种逡逑ＤＮＡ甲基转移酶的调控。植物中的ＤＮＡ甲基转移酶至少有三类，分别是起始甲基转移逡逑酶、维持甲基转移酶和主动去甲基化酶［１７，１８］。在高等植物中，根据ＤＮＡ的甲基化程度逡逑可将其分为三类：高甲基化状态，低甲基化状态和非甲基化状态［１９］。ＤＮＡ甲基化具有逡逑种间特异性和时空特异性

复叶,单叶,叶柄,叶片

用、胁迫应答以及观赏价值等。对植物叶缘发育的研宄不仅具有重要的理论意义，也具逡逑有潜在的实用价值。植物中，叶片的形状丰富多彩，己成为植物学家分辨植物的重要标逡逑志。根据叶片的复杂性，叶可分为单叶和复叶（图１－３）邋［５８］。单叶是指叶柄上只着生一逡逑个叶片，如烟草，杨树。复叶是指叶柄上着生多个叶片，如豌豆、西红柿等。根据叶缘逡逑的锯齿程度，叶可分为全缘叶，锯齿叶和缺刻叶［５９１。逡逑－５－逡逑

【参考文献】