ABA信号转导关键调节子SOAR1调控拟南芥发育与抗逆反应

发布时间：2017-04-20 16:18

  本文关键词：ABA信号转导关键调节子SOAR1调控拟南芥发育与抗逆反应，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：植物激素脱落酸(ABA)参与调控植物生长发育各个阶段,并在植物对多种胁迫的抗逆反应中起着重要作用。PPR基因家族是拟南芥最大的基因家族之一,PPR蛋白在调控植物生长发育与响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。然而目前还没有发现定位在细胞核或细胞质的PPR蛋白参与植物ABA信号转导或抗逆反应。本论文发现一个在细胞质-细胞核双定位的PPR蛋白SOAR1。采用遗传学手段在拟南芥中筛选到一个显性的ABAR过表达抑制子soar1-1D,进而克隆拟南芥SOAR1基因。通过一系列ABA抑制种子萌发和幼苗生长表型实验发现,SOAR1表达调低突变体对ABA显著敏感;而SOAR1过表达株系则几乎完全阻断植物对ABA信号的响应,即改变SOAR1的基因表达可以大幅度调控拟南芥对ABA的耐受性。SOAR1表达变化影响了一系列下游关键的细胞核编码ABA响应基因的表达。结果表明SOAR1是ABA信号转导的关键调节子。进而提出利用SOAR1转基因植物,将ABA作为选择性除草剂的环保除草建议方案。继而,本论文研究发现SOAR1调控植物生长发育过程。SOAR1表达调低突变体表现为种子萌发缓慢,幼苗下胚轴伸长,成花转换提前等;而SOAR1过表达株系则表现为种子萌发加速,幼苗下胚轴缩短,成花转换延迟等。进一步,本论文研究发现SOAR1调控植物对多种非生物胁迫的抗逆反应。结果表明,SOAR1表达调低突变体对盐、干旱、低温及渗透等逆境胁迫的抗逆性显著降低,存活率显著下降;而SOAR1过表达可获得抗逆性显著提高的转基因植株,在盐、干旱、低温及渗透等逆境胁迫下的存活率显著提高,甚至在接近海水中NaCl含量的培养基上仍可萌发。表明SOAR1在调控植物抗逆反应中发挥重要作用。遗传分析表明SOAR1作用于ABAR下游,且位于响应ABA的细胞核bZIP转录因子ABI5上游。SOAR1负调节ABI5表达量;采用RNA免疫共沉淀技术(RIP)检测到SOAR1在体内结合ABI5 mRNA。这些结果表明在CHLH/ABAR介导的ABA信号通路中,SOAR1可通过结合靶标RNA(如ABI5)以影响其表达量,从而影响整个ABA信号网络。本论文揭示了SOAR1蛋白在植物ABA信号转导、生长发育与抗逆境胁迫反应方面表现出的关键调节作用,为深入研究植物PPR蛋白的作用机制以及ABA信号转导网络提供重要信息,具有重要的科学意义与应用价值。
【关键词】：脱落酸(ABA) SOAR1 信号转导 发育 抗逆性
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q943.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 主要符号对照表10-12
• 第1章 前言12-24
• 1.1 脱落酸（ABA）信号转导通路研究进展12-15
• 1.1.1 ABA受体研究进展12-13
• 1.1.2 ABA对基因表达的调控13-15
• 1.2 ABA参与调控植物生长发育15-16
• 1.3 ABA参与调控植物抗逆反应16-18
• 1.4 PPR蛋白研究进展18-22
• 1.4.1 PPR蛋白结构特征18-19
• 1.4.2 PPR蛋白对植物生长发育的调控及其作用机制19-20
• 1.4.3 PPR蛋白参与调控ABA信号转导与抗逆反应20-22
• 1.5 研究目的及意义22-24
• 第2章 实验材料与方法24-55
• 2.1 实验材料24-32
• 2.1.1 植物材料24
• 2.1.2 菌株和载体24
• 2.1.3 主要实验仪器24-25
• 2.1.4 主要化学试剂25-26
• 2.1.5 常用抗生素26-27
• 2.1.6 常用培养基27-28
• 2.1.7 常用溶液28-32
• 2.2 实验方法32-47
• 2.2.1 载体构建32-35
• 2.2.2 常用蛋白质检测技术35-36
• 2.2.3 拟南芥叶片基因组DNA快速提取36-37
• 2.2.4 拟南芥T-DNA插入突变体鉴定与插入位点分析37
• 2.2.5 拟南芥转基因植株获得37-39
• 2.2.6 植物RNA提取、纯化与反转录39-41
• 2.2.7 实时荧光定量PCR（Real-Time PCR）41
• 2.2.8 拟南芥RNA免疫共沉淀（ RIP）41-42
• 2.2.9 植物Qg源ABA含量测定42-43
• 2.2.10 拟南芥的培养43
• 2.2.11 萌发实验43
• 2.2.12 幼苗生长实验43
• 2.2.13 ABA影响的气孔运动实验43-44
• 2.2.14 离体叶片失水实验44
• 2.2.15 干旱实验44
• 2.2.16 Na Cl浇灌幼苗实验44
• 2.2.17 高浓度Na Cl耐受性检测44
• 2.2.18 冻害处理实验44-45
• 2.2.19 相关植物生理学类实验方法45-46
• 2.2.20 逆境基因诱导表达实验46
• 2.2.21 GUS组织化学染色46
• 2.2.22 亚细胞定位检测46
• 2.2.23 早花指标检测46-47
• 2.2.24 拟南芥原生质体制备47
• 2.3 实验中用到的引物47-55
• 2.3.1 T-DNA插入突变体鉴定引物47-48
• 2.3.2 构建SOAR1过表达载体引物48
• 2.3.3 SOAR1启动子克隆引物48-49
• 2.3.4 RNA免疫共沉淀（ RIP）检测引物49-50
• 2.3.5 半定量PCR引物50
• 2.3.6 实时荧光定量PCR实验引物50-55
• 第3章 SOAR1蛋白序列分析与亚细胞定位55-65
• 3.1 SOAR1基因克隆55-56
• 3.2 SOAR1蛋白结构特征与序列分析56-59
• 3.2.1 SOAR1蛋白结构特征56-57
• 3.2.2 拟南芥SOAR1与其他植物中同源蛋白序列的比对57-59
• 3.3 SOAR1相关遗传材料准备59-62
• 3.3.1 SOAR1 T-DNA插入突变体的鉴定与分析59-61
• 3.3.2 SOAR1过表达转基因植株筛选与分析61
• 3.3.3 不同基因型材料中SOAR1表达检测61-62
• 3.3.4 突变体soar1-2 和soar1-3 转基因恢复系植株的筛选62
• 3.4 SOAR1蛋白在细胞质 -细胞核双定位62-64
• 3.5 小结64-65
• 第4章 SOAR1是ABA信号转导的关键调节子65-81
• 4.1 SOAR1调控种子萌发对ABA的响应65-66
• 4.2 SOAR1调控幼苗生长对ABA的响应66-70
• 4.3 利用SOAR1过表达植物对ABA的高耐受性进行除草的可行性70-74
• 4.3.1 在种子萌发期ABA除草浓度的选择区间71-72
• 4.3.2 在幼苗早期生长期ABA除草浓度的选择区间72-74
• 4.4 SOAR1表达变化影响ABA信号转导调节基因表达74-77
• 4.5 SOAR1对拟南芥种子中Qg源ABA含量的影响77-80
• 4.6 小结80-81
• 第5章 SOAR1调控植物生长发育81-91
• 5.1 SOAR1表达模式分析81-83
• 5.2 SOAR1调控种子萌发速率83-84
• 5.3 SOAR1调控幼苗下胚轴生长84-86
• 5.4 SOAR1调控成花转换86-90
• 5.5 小结90-91
• 第6章 SOAR1调控植物对非生物胁迫的抗逆反应91-106
• 6.1 SOAR1调控植物对干旱胁迫的耐受性91-93
• 6.2 SOAR1影响植物对渗透胁迫与盐胁迫的耐受性93-98
• 6.2.1 SOAR1影响种子萌发对渗透胁迫与盐胁迫的响应93-94
• 6.2.2 SOAR1影响幼苗生长对盐胁迫耐受性94-96
• 6.2.3 SOAR1过表达植物种子萌发对高浓度Na Cl处理的耐受极限96-97
• 6.2.4 SOAR1调控成熟植株对盐胁迫的耐受性97-98
• 6.3 SOAR1调控植物对低温胁迫的响应98-100
• 6.4 SOAR1表达变化影响盐、渗透与冷胁迫响应基因表达100-105
• 6.5 小结105-106
• 第7章 SOAR1的RNA结合功能分析106-111
• 7.1 SOAR1潜在RNA结合位点预测106-107
• 7.2 SOAR1在体内结合ABI5 m RNA107-109
• 7.3 SOAR1在遗传学上作用于ABAR下游而作用于ABI5上游109-110
• 7.4 小结110-111
• 第8章 讨论与展望111-118
• 8.1 SOAR1是ABA信号转导核心枢纽111-112
• 8.2 ABA作为SOAR1过表达转基因植物选择性除草剂的建议方案112-113
• 8.3 SOAR1调控植物生长发育与成花转换的机制分析113-115
• 8.4 SOAR1调控植物对多种非生物胁迫耐受性的机制分析115-116
• 8.5 展望116-118
• 参考文献118-132
• 致谢132-134
• 附录A SOAR1基因序列134-136
• 附录B SOAR1启动子区预测序列136-138
• 附录C SOAR1蛋白结构预测模型138-140
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果140-141

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本文编号：319062