拟南芥转录因子GIS、GIS2和SPT调控生长发育分子作用机制的初步研究

发布时间：2017-12-11 10:20

  本文关键词：拟南芥转录因子GIS、GIS2和SPT调控生长发育分子作用机制的初步研究

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【摘要】：转录因子属于生物体内转录水平调控机制的重要组成部分,在生物体内通过控制基因表达改变功能蛋白的时空分布,从而影响生物体的生长、发育及环境适应等重要进程。因此,研究转录因子的功能,对改良作物的生长发育和提高作物产量,具有重要的理论意义和实际应用价值。植物在物种演化的进程中进化出了有别于动物的特殊转录因子体系,不仅在结构域氨基酸序列上演化出了植物特有的基元,还拓展出了植物专属的转录因子家族。GIS和GIS2及编码植物特有的转录因子,介导了植物体内重要的发育生长进程。本研究以本实验室的前期研究工作为基础,以GIS、GIS2的直接靶基因为主要研究对象,运用分子生物学的实验手段分析它们的表达模式,并通过构建相关过量表达及RNAi载体,利用基因克隆和转基因的方法验证其在表皮毛细胞形成及胁迫响应中的功能。另外,本研究还运用分子生物学及细胞生物学手段分析了 SPT基因在控制拟南芥种子大小和种子油脂方面起到的关键作用。本研究取得的主要研究成果如下:1)以 GIS 及其靶基因At39047基因(PR4)、At2905160(AtCCCH18)和At3957920(SPL15)为研究对象,分析它们在拟南芥植株中各时期各部位的时空表达模式,并利用基因工程及遗传转化技术对GIS基因的三个靶基因的功能进行验证,详细分析了各个靶基因在表皮毛发育、盐胁迫及渗透胁迫耐受中的功能。结果表明GIS直接靶基因PR4、AtCCCH18能显著促进拟南芥表皮毛的发育及植株对盐胁迫及渗透胁迫的耐受响应;而GIS直接靶基因SPL15抑制表皮毛起始且降低植株对盐胁迫及渗透胁迫的耐受性。我们的这些结果证明在GIS介导的拟南芥主茎表皮毛调控网络中,其靶基因SPL15起到了主要作用;而盐胁迫及n蛲感财仁笛橹っ鱃IS还参与了拟南芥对非生物胁迫适应过程的调控。2)根据GIS2基因的两个靶基因的转基因株系在表皮毛发育、盐胁迫及渗透胁迫方面的表型分析,靶基因At5g24150(SQE5)的过量表达能促进拟南芥主根发育,而SQE5表达量减少或功能缺失抑制主茎及花萼上表皮毛的形成。靶基因At4g35770(SEN1)的功能缺失或表达量减少使拟南芥对盐胁迫及渗透胁迫更加敏感,提高SEN1表达能够抑制拟南芥主茎及花萼上表皮毛的形成。结合GIS2及其靶基因SQE5、SEN1在拟南芥植株中的时空表达模式,结果表明GIS2基因其靶基因不仅参与了拟南芥对环境逆境的抗逆反应和表皮毛发育调控,还与生物钟及光周期信号途径互作。3)以SPT基因各突变体及过量表达株系为研究材料,表型分析证明SPT不仅能参与调控拟南芥的花序形态,还能影响植株高度及开花时间。在种子中,SPT基因的突变不仅能够显著增加种子大小、重量,还导致种子种皮颜色变深、蛋白质含量增高;过量表达SPT基因对种子大小无显著效应,但种子脂肪酸组分分析及种子含油量结果表明SPT的过量表达显著提高了拟南芥种子的脂肪酸含量。亚细胞显微结构分析表明在spt突变体中糊粉粒的体积增大,油体数量减少;而过量表达株系中糊粉粒体积减小,且油体数量显著增加。qPCR结果表明,5PT在拟南芥角果和种子发育过程中主要起到促进油脂相关转录因子、脂肪酸合成通路基因、油体膜蛋白及脂肪酸转运基因表达,同时抑制蛋白合成相关转录因子、储存蛋白前体基因及储存蛋白转运受体基因的表达。总而言之,我们的研究成果证明SPT基因正向调控拟南芥种子中油脂的合成及积累,并抑制种子中蛋白质的合成积累。根据上述成果,本研究不仅拓宽了对拟南芥转录因子GIS、GIS2调控植物生长发育的理论认知,并且证明了 SPT基因在提高作物产油量方面的潜力。为深入了解植物表皮毛发育相关转录因子和种子油脂合成相关的基因调控网络积累了实验依据。对我们掌握表皮毛发育、逆境胁迫及种子改良的遗传规律,以及提高种子农艺性状的未来应用,提供了重要的理论依据和实际应用价值。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q943.2

【参考文献】

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2 Li-li SUN;Zhong-jing ZHOU;Li-jun AN;Yan AN;Yong-qin ZHAO;Xiao-fang MENG;Clare STEELE-KING;Yin-bo GAN;;GLABROUS INFLORESCENCE STEMS regulates trichome branching by genetically interacting with SIM in Arabidopsis[J];Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine & Biotechnology);2013年07期

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本文编号：1278093