拟南芥非典型激酶ABC1K1调控红光形态建成的分子机理研究

发布时间：2020-10-26 10:10

　　 光是影响植物生长发育最重要的环境因素之一。在拟南芥中,光信号通路调控网络已进行了大量深入研究。本论文报道并研究了拟南芥光通路中一个新的成员BDR1(bleaching and dwarf in red light 1)。在持续红光照射下,bdr1突变体幼苗表现出白化的子叶和较短的胚轴。成体bdr1突变体植株明显弱小,并且幼苗期的持续红光照射处理可以增强其成体植株弱小的表型。通过TAIL-PCR的方法,我们克隆到BDR1基因。BDR1在之前的研究报道中被命名为ABC1K1,是定位于叶绿体plastoglobule(PG)中的一类ABC1K家族的非典型激酶,主要参与叶绿素的降解和光氧化胁迫的响应。我们研究发现,bdr1突变体子叶中的叶绿素在持续红光下的降解不是由于光氧化胁迫造成的,而很可能是叶绿素降解途径阻遏抑制子的失调导致的自发降解。通过组织化学染色,我们发现BDR1在拟南芥幼苗子叶和胚轴中柱鞘中特异表达,并且不同的光质处理并不影响BDR1的表达模式。通过构建荧光蛋白(YFP)的融合蛋白,我们发现BDR1定位于质体(叶绿体、前质体和根尖淀粉体)之中,而且仅存在于含有质体的细胞和组织内。通过遗传上下位分析发现,bdr1突变体可以很好的抑制phyB-9和hy5突变体胚轴伸长的表型,说明BDR1在PHYB和HY5的下游发挥功能。因此,拟南芥BDR1在红光介导的植物发育过程中作为一个重要的负调因子发挥作用。为进一步研究BDR1调控红光下拟南芥发育的机制以及鉴定BDR1作为抑制因子所调控的下游通路中可自激活的因子,我们以bdr1-2突变体种子为材料用EMS进行诱变构建突变体库。在持续红光条件下生长的M2代幼苗中,能明显恢复bdr1-2突变体子叶白化表型到野生型的株系被挑选出来,且保留移栽到营养土上能明显恢复bdr1-2突变体成体弱小表型的株系,命名为rbd(repressor of bdr1-2)。应用图位克隆的方法,我们获得了bdr1-2突变体的遗传抑制子RBD1。RBD1编码拟南芥ABC1K非典型激酶家族的另外一个成员ABC1K3且超表达RBD1可以导致类似于bdr1突变体的表型。RBD1定位于叶绿体内并且在叶绿体自发荧光消失的损伤叶绿体内富集。进化树构建及其分析表明,RBD1很可能是一个年轻的逆转座基因,起源于一次较近发生的逆转座,在拟南芥适应新环境的过程中保留下来并进化出新的功能。综合以上结果表明,BDR1和RBD1在一起精妙的调控叶绿体的状态,由此揭开了植物适应外界光环境条件的一个新的研究层面。
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：Q943.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号对照表
第1章 前言
    1.1 植物光信号转导
        1.1.1 植物光敏色素
        1.1.2 植物光敏色素的功能
        1.1.3 植物光敏色素的细胞定位
        1.1.4 植物光敏色素信号转导的组份
    1.2 植物非典型蛋白激酶ABC1K
        1.2.1 植物中的类蛋白激酶家族
        1.2.2 植物中质体和线粒体定位的蛋白激酶
        1.2.3 植物中的ABC1K家族成员
    1.3 研究目的和意义
第2章 材料与方法
    2.1 植物材料和生长条件
    2.2 实验方法
        2.2.1 分子生物学实验方法
        2.2.2 生理学实验方法
第3章 BDR1/ABC1K1调控红光下拟南芥幼苗的发育
    3.1 引言
        3.1.1 研究综述
        3.1.2 研究目的和意义
    3.2 材料与方法
        3.2.1 BDR1/ ABC1K1超表达植株的获得
        3.2.2 拟南芥子叶花青素含量的测定
        3.2.3 拟南芥子叶叶绿素含量的测定
        3.2.4 β-葡聚糖苷酶 （GUS）染色
        3.2.5 实时定量PCR （q RT-PCR）检测基因的表达
        3.2.6 蛋白含量检测
        3.2.7 引物序列
    3.3 结果与分析
        3.3.1 bdr1-1 突变体的分离
        3.3.2 bdr1突变体子叶内发生的叶绿素降解并非由光氧化胁迫引发
        3.3.3 BDR1编码叶绿体定位的ABC1K家族蛋白激酶ABC1K1
        3.3.4 BDR1/ABC1K1特异的在子叶和中柱鞘内表达
        3.3.5 BDR1/ABC1K1定位到质体
        3.3.6 BDR1/ABC1K1在遗传上作用于phy B和HY5下游
第4章 bdr1-2 突变体遗传抑制子的筛选及功能分析
    4.1 引言
        4.1.1 拟南芥基因的图位克隆
        4.1.2 研究目的和意义
    4.2 材料和方法
        4.2.1 植物材料
        4.2.2 实验方法
    4.3 结果与分析
        4.3.1 bdr1-2 突变体遗传抑制子突变体库的构建和筛选
        4.3.2 rbd1能够很好的抑制bdr1突变体的表型
        4.3.3 bdr1-2 突变体遗传抑制子RBD1基因的图位克隆
        4.3.4 rbd1能够恢复bdr1-2 phy B-9 和bdr1-2 hy5双突变体的表型
        4.3.5 超表达RBD1的植物表型类似于bdr1突变体
        4.3.6 RBD1的蛋白定位
        4.3.7 RBD1是一个通过反转座产生的新基因
第5章 讨论与展望
    5.1 ABC1K1在红光介导的植物生长发育过程中的作用
    5.2 ABC1K1与ABC1K3协同调控植物适应外界环境的机制
第6章 其他研究工作
    6.1 研究背景
    6.2 结果与分析
        6.2.1 fist1突变体的遗传抑制子的筛选
        6.2.2 fist1突变体的遗传抑制子的克隆
    6.3 讨论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

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1 黄浩;拟南芥非典型激酶ABC1K1调控红光形态建成的分子机理研究[D];清华大学;2015年

本文编号：2856858