拟南芥和黄瓜HANABA TARANU基因的功能分析

发布时间：2017-03-22 08:05

  本文关键词：拟南芥和黄瓜HANABA TARANU基因的功能分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：植物地上部的所有器官都源自顶端分生组织(SAM)。器官原基从顶端分生组织的周缘区产生,在营养生长阶段发育形成叶片,在生殖生长阶段发育成花。在顶端分生组织和新生成的器官原基之间存在由一类特殊细胞组成的边界区,它将无限生长的分生组织和有限生长的器官发育分开。拟南芥HANABA TARANU (HAN)是一个在边界区特异表达的GATA3家族转录因子,在分生组织和器官原基的边界,以及四轮花器官原基之间的边界表达,调控花器官的发育、顶端分生组织的组织形态和胚胎发育。但在禾本科植物如水稻和玉米中HAN却抑制苞叶生长、促进分枝的形成。现有的关于边界基因、分生组织和器官原基之间的互作研究都集中在胚胎形成或营养生长阶段,而在生殖生长阶段,边界与分生组织和器官原基之间是否有联系以及如何联系尚不清楚。结合遗传学、分子生物学和生物化学等方法,本论文研究了拟南芥HAN与两个分生组织基因BREVIPEDICELLUS (BP)l和PINHEAD (PNH)以及三个器官原基特异基因PETAL LOSS (PTL)、 JAGGED (JAG)和BLADE-ON-PETIOLE (BOP)在生殖生长阶段的相互作用。我们的研究结果表明HAN对拟南芥花瓣的数量有决定性作用。HAN和PNH在转录水平相互促进,在蛋白水平相互结合,共同调控分生组织的形态与结构。HAN直接促进JAG和BOP2的表达,并直接与JAG蛋白互作来调控花器官的发育。HAN直接与CYTOKININ OXIDASE 3 (CKX3)的启动子和内含子区域结合来调节细胞分裂素在边界细胞中的稳态。因此,在拟南芥花发育过程中,边界基因HAN通过PNH与分生组织保持联系,通过JAG和BOP2调控花器官的发育,通过CKX3来保持边界的形态。黄瓜(Cucumis sativus L.)是具有重要的农艺性状和商品价值的蔬菜之一。我国黄瓜栽培面积和产量达均占世界首位。通过同源克隆,本论文从黄瓜中克隆得到HAN的同源基因CsHANI。 CsHAN1主要在顶端分生组织和茎的连接处表达,能够部分恢复拟南芥han-2突变体花器官数目减少的表型。CsHAN1的过量表达和RNAi干扰表达导致黄瓜从胚胎形成时期时开始生长迟缓,并且叶片开裂。原位杂交和荧光定量试验表明分生组织基因WUSCHEL (WUS)和SHOOT MERISTEMLESS (STM)在CsHAN1 RNAi株系中表达明显下调,并且多个叶片发育基因在CsHAN1转基因株系中也发生变化。因此,CsHAN1可能通过调节WUS和STM的表达来调控黄瓜顶端分生组织的发育,以及通过复杂的基因调控网络来调控黄瓜叶片的发育。综上所述,本论文阐明了边界基因HAN在拟南芥和黄瓜上不同的生物学功能和作用机制,丰富了植物边界基因和边界区的功能研究,并为培育优良株型的黄瓜新品种提供理论指导。
【关键词】：HAN 拟南芥 黄瓜 花器官发育 功能分析
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S642.2;Q943.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 缩略词表11-12
• 第一章 引言12-25
• 1.1 顶端分生组织的发育12-15
• 1.1.1 顶端分生组织的组织形态12-13
• 1.1.2 顶端分生组织的维持13-15
• 1.2 叶片的发育15-16
• 1.3 花的发育16-19
• 1.4 边界的发育19-23
• 1.4.1 边界的产生及细胞的特征19-20
• 1.4.2 边界基因20-22
• 1.4.3 边界与分生组织和原基的关系22-23
• 1.4.4 边界基因与激素的关系23
• 1.5 研究的目的和意义23-25
• 第二章 拟南芥HAN与分生组织和器官原基相关基因的相互作用25-47
• 2.1 试验材料与方法25-28
• 2.1.1 植物材料25
• 2.1.2 菌株及载体25
• 2.1.3 酶及生化试剂25-26
• 2.1.4 荧光定量PCR26
• 2.1.5 内源激素的测定26
• 2.1.6 原位杂交26
• 2.1.7 地塞米松(DEX)和细胞分裂素的喷施26
• 2.1.8 活体成像26
• 2.1.9 酵母双杂交试验(YTH)26-27
• 2.1.10 双分子荧光互补试验(BIFC)27
• 2.1.11 染色质免疫共沉淀试验(CHIP)27
• 2.1.12 扫描电镜观察(SEM)27
• 2.1.13 蛋白免疫印迹试验(WESTERN BLOTTING)27-28
• 2.2 试验结果与分析28-43
• 2.2.1 HAN与分生组织调节因子、原基调节因子在拟南芥花发育中的遗传互作28-32
• 2.2.2 边界基因、分生组织调节因子和器官特异表达基因在相应突变体中的表达分析32-35
• 2.2.3 HAN、PNH、BP和JAG间的蛋白互作35-37
• 2.2.4 HAN可能通过调节激素活动来维持边界的功能37-40
• 2.2.5 HAN蛋白直接与CKX3、JAG和BOP1/2基因结合40-43
• 2.3 讨论43-47
• 2.3.1 HAN通过PNH与分生组织细胞“交流”,通过JAG和BOP2与器官原基“交流”精确调控花的发育43-45
• 2.3.2 CKX3和GNC/GNL可能作为HAN与激素之间直接连接的桥梁45-47
• 第三章 黄瓜HAN基因的克隆与功能分析47-66
• 3.1 试验材料与方法47-49
• 3.1.1 植物材料47
• 3.1.2 菌株及载体47
• 3.1.3 酶及生化试剂47
• 3.1.4 基因克隆47
• 3.1.5 基因结构和蛋白分析47-48
• 3.1.6 荧光定量PCR分析48
• 3.1.7 原位杂交48
• 3.1.8 拟南芥的遗传转化48
• 3.1.9 黄瓜的遗传转化48-49
• 3.1.10 黄瓜的石蜡切片49
• 3.2 试验结果与分析49-63
• 3.2.1 黄瓜CsHAN基因的克隆49-51
• 3.2.2 黄瓜CsHAN基因的表达模式51-54
• 3.2.3 拟南芥中异常表达CsHAN1/2的表型分析54-57
• 3.2.4 CsHAN1参与调控黄瓜顶端分生组织的发育57-61
• 3.2.5 CsHAN1调控黄瓜叶形发育61-63
• 3.3 讨论63-66
• 3.3.1 CsHAN1可能通过调节WUS和STM信号通路来调控顶端分生组织的发育63
• 3.3.2 黄瓜叶片形状的正常发育需要CsHAN1的精确表达63-64
• 3.3.3 CsHAN1在黄瓜花发育中的功能部分保守64-66
• 第四章：全文结论66-67
• 参考文献67-79
• 附录79-92
• 致谢92-93
• 作者简历93-94

【共引文献】

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