AtZFP5、AtZFP6、AtGIS3和OsRHL41-like等基因调控根毛生长和发育的分子机制研究

发布时间：2020-08-08 07:06

【摘要】：根是植物重要的营养器官,根毛是根表皮特化的细胞,是植物根系的重要组成部分,能够增加根系与土壤之间的接触面积,从而促进植物更高效地吸收水分和养分。因此,研究植物根毛细胞的分化和发育机制,具有重要的学术意义和经济应用价值。本研究主要以拟南芥为材料,探究了 C2H2锌指蛋白ZFP5、ZFP6和GIS3在根表皮细胞发育中的作用;同时以水稻为材料,对OsRHL41-like,OsRHD1-like,OsRHD2-like1和OsRHD2-like2基因在根毛发育中的功能进行研究。所取得的主要结果如下:1、为了研究ZFP5响应营养信号调控根毛发育进行研究,发现低磷、低钾能够诱导ZFP5基因的表达,但是不能恢复zfp5突变体和干扰株系的短根毛表型。分子生物学实验表明乙烯参与低磷、低钾诱导根毛伸长,且ZFP5通过调控EIN2基因的表达来响应低磷、低钾诱导根毛发育。2、为了研究GIS3调控根毛发育的分子机制进行研究,发现与野生型相比,gis3突变体和GIS3RNAi干扰株系根毛数量显著减少,根毛长度显著变短,表明GIS3是调控根毛发育的正向调控因子。外源ACC和BA处理诱导野生型中GIS3表达,但是不能恢复gis3突变体短根毛表型。分子生物学和遗传学研究表明,GIS3通过直接作用于RHD2和RHD4上游来调控根毛伸长。综上所述,GIS3通过整合乙烯和细胞分裂素信号直接调控RHD2和RHD4基因的表达来调控根毛的形成和发育。3、为了研究ZFP6基因在根毛发育中的作用,对zfp6突变体和干扰株系根毛表型进行分析,发现ZFP6对根毛发育具有正向调控作用。外源施加ACC和BA能够显著诱导野生型中ZFP6基因的表达,但不能恢复zfp6突变体根毛长度,表明ZFP6响应乙烯和细胞分裂素信号调控根毛伸长。通过RNA-Seq分析筛选出13个激素相关基因,酵母双杂交分析表明ZFP6可能与AT4G36110、MYB51、ERF6和ATMYBL2存在相互作用。4、为了研究植物激素生长素、乙烯和细胞分裂素之间的关系,发现只有乙烯能诱导野生型产生异位根毛,这意味着乙烯在根毛起始阶段的特殊作用。然而,在伸长阶段,生长素、乙烯和细胞分裂素均能促进根毛尖端生长,而细胞分裂素的作用在这个过程中独立于生长素和乙烯。当生长素和乙烯信号有缺陷时,外源BA处理能够恢复根毛伸长。更为重要的是,转录分析表明生长素、乙烯和细胞分裂素通过RSL4调控一系列根毛特异性基因来调控根毛发育。5、为了研究水稻OsRHL41-like等基因的功能,我们克隆了OsRHL41-like、OsRHD1-like、OsRHD2-like1和OsRHD2-like2这四个水稻基因,并将其转入拟南芥和水稻中。发现过量表达水稻OsRHL41-like显著增加拟南芥和水稻根毛长度,而OsRHL41-like干扰株系根毛长度显著低于野生型。结果表明,OsRHL41-like正向调控水稻根毛伸长。OsRHD2-like1和OsRHD2-like2转基因株系根毛表型与OsRHL41-lik相似,表明OsRHD2-like1和OsRHD2-like2是调控水稻根毛伸长的正向调控因子。而OsRHD1-like转基因株系根毛表型与OsRHL41-like相反,表明OsRHD1-like是调控水稻根毛发育的负向调控因子。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2
【图文】：

根毛发育逡逑育的模式逡逑由称为毛细胞（ｔｒｉｃｈｏｂｌａｓｔｓ）的特殊的表皮细胞发育中的排列模式由不同的植物决定。由于毛细胞的生长（ｎｏｎ－ｔｒｉｃｈｏｂｌａｓｔｓ）短、液泡更少且细胞质较为稠密（种细胞类型之间的差异在根毛起始之前是明显的（ｃ＆Ｓｚａｒｅｊｋｏ，２０丨４），原则上可以区分为三种不同类型Ｉ的根毛是按照随机模式发育的，具有代表性的模式比例是可变的，而且会随着环境的改变而改变。类型ＩＩ裂，随后较大的细胞变成非根毛细胞，而较小的细胞是草本科短柄草。类型ＩＩＩ代表植物是比如十字花科缀于非根毛细胞中（Ｐｅｍｂｅｒｔｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ２００１）。逡逑

内质网和丝状肌动蛋白的积累。突起形成后，进入顶端生长阶段，而顶端生长的逡逑速度和持续时间决定了根毛的最终长度（Ｇｒｉｅｒｓｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ２００２）。逡逑在拟南芥中，根表皮细胞的命运决定受多种信号和转录因子的调节（图１．２）。逡逑根毛细胞的命运决定受一个激活复合物负调控，该激活复合物由Ｒ２Ｒ３型ＭＹＢ逡逑转录因子ＷＥＲＥＷＯＬＦ邋（ＷＥＲ）、ｂＨＬＨ转录因子ＧＬＡＢＲＡ邋３邋（邋ＧＬ３邋）或者逡逑ＥＮＨＡＮＣＥＲ邋ＯＦ邋ＧＬＡＢＲＡ邋３邋（ＥＧＬ３）和邋ＷＤ４０邋重复蛋白邋ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ邋ＴＥＳＴＡ逡逑ＧＬＡＢＲＡ邋１邋（ＴＴＧ１邋）组成（Ｇｒｅｂｅ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２；邋Ｓｃｈｉｅｆｅｌｂｅｉｎ邋＆邋Ｚｈｅｎｇ，邋２０１４；逡逑Ｂａｌｃｅｒｏｗｉｃｚ＆Ｖｉｓｓｅｎｂｅｒｇ，２０１５）。这个复合物能够促进同源蛋白邋ＧＬＡＢＲＡ２（ＧＬ２）逡逑的表徶，最终抑制根毛的形成。在毛细胞中，皮层中的位置信号能够诱导逡逑的表达，从而降低灰的表达。该位置信号在Ｈ位置更加强逡逑烈，并且能够被富含亮氨酸的重复受体激酶ＳＣＲＡＭＢＬＥＤ邋（ＳＣＭ）感知（Ｓｕ＆逡逑Ｊｏｈｎ，２００５；Ｈａｌａ＆Ｉｋｒａｍ，２０１０）。Ｈ位置ｆＦＭ的抑制需要一种具有富含亮氨酸重逡逑复核糖核酸酶抑制剂结构域的植物特异性蛋白ＴＯＲＮＡＤＯ邋１邋（ＴＲＮ１）邋（Ｋｗａｋｅｔ逡逑ａｌ．

浙江大学博士学位论文逡逑和上游，且Ｇ／５■和ＧＺＳ２是ＧＫ３的直接作用靶基因（Ｓｕｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１５）。逡逑总的来说，Ｃ２Ｈ２锌指蛋白调控表皮毛和根毛具有部分冗余和独特的作用（图１．３）逡逑（Ｙａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２）。逡逑ＧｉｐｅｒｅＨｉｎｓ逦Ｇｙｔｏｋ邋丨邋ｎｉｎｓ逡逑ＧＡ１／ＲＧＡ／ＲＧＬ１／ＲＧＬ２邋ＳＰＹ逦Ｊ邋／邋Ｅｔｈｙｌｅｎｅ逡逑＼＼邋＼逡逑Ｃｙｔｏｋｉｎｉｎｓ逦N＞逦＼邋ｊ邋＾邋’逦＼逡逑（＾ＦＰ８／ＧＩＳ２）邋Ｃ0ｉｓ＾）逦＼逡逑、＇逦饥}0逦ｌ酿？逡逑＼／逦Ｉ逡逑Ｔｒｋｔｉｏｍｅ逦Ｒｏｏｔ邋ｈａｉｒ逡逑ｍｍｎｏｎ逦ｆｏｒｍａｔｉｏｎ逡逑图１．３Ｃ２Ｈ２锌指蛋白在调控拟南芥表皮毛和根毛形成过程中的作用模型（Ｙａｎｅｔａｌ．，２０１２）。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｐｒｏｐｏｓｅｄ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｃ２Ｈ２邋ｚｉｎｃ邋ｆｉｎｇｅｒ邋ｐｒｏｔｅｉｎｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｒｉｃｈｏｍｅ逡逑ａｎｄ邋ｒｏｏｔ邋ｈａｉｒ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ．逡逑１．５禾本科作物根毛发育研究进展逡逑与拟南芥根毛的研究相比，禾本科作物中关于根毛的研究报道相对较少，其逡逑主要集中在大麦玉米和水稻（Ｏｙｚａｒａｒｉｖａ）。逡逑最新的研究进展主要揭示了禾本科作物中根表皮细胞特化的分子机理，包括根表逡逑皮细胞的模式、根毛的起始和根毛的伸长，对根毛发育的分子机理有更进一步的逡逑了解，能够为将来高效吸收养分和水分的作物新品种提供潜在的可能性（Ｍａｒｚｅｃ逡逑＆邋Ｓｚａｒｅｊｋｏ

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1 黄琳丽;AtZFP5、AtZFP6、AtGIS3和OsRHL41-like等基因调控根毛生长和发育的分子机制研究[D];浙江大学;2019年

本文编号：2785242