Tkn4基因在番茄生长发育过程中的功能研究

发布时间：2017-05-05 20:03

  本文关键词：Tkn4基因在番茄生长发育过程中的功能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：KNOX同源盒蛋白(Knotted1-like homebox,KNOX)是具有同源异型结构域的转录因子,自从植物中第一个KNOX基因被克隆后,科学家陆续从拟南芥、水稻、大麦和番茄等植物中分离到了其同源基因,并对这些基因的功能作了详细的研究。研究发现KNOX基因在植物顶端分生组织中对维持细胞多能性、叶片和花瓣的发育以及激素动态平衡等方面具有重要作用。番茄Tkn4属于KNOX家族成员,到目前为止,关于番茄Tkn4基因的研究报道较少,本论文对番茄Tkn4基因的功能进行了深入研究,以期了解Tkn4在番茄发育过程的重要作用,主要结果如下:①根据番茄数据库中的信息,克隆了番茄Tkn4启动子及其编码框序列,生物信息学分析表明Tkn4属于TALE同源异型盒超家族蛋白,具有典型的KNOX家族结构域,包括Helix-loop-helix、Amphipathic helix、GSE、ELK和HD几个保守结构域。Tkn4启动子含有与激素、分生组织和抗逆应答等相关元件。②采用定量PCR方法,对Tkn4基因进行了组织表达模式分析,结果表明Tkn4基因在番茄根、茎、叶、花蕾、花和果实中均有表达;但是在茎和花中表达较高,叶片中表达最弱;在赤霉素、激动素、萘乙酸、乙烯、茉莉酸甲酯、脱落酸和水杨酸处理后均有响应,但是对赤霉素和萘乙酸响应尤为显著。Tkn4启动子驱动GUS基因在番茄根、茎、叶、萼片、雄蕊和果实中均有表达,表达模式与定量PCR结果一致,GUS组织染色进一步发现Tkn4在维管组织、花粉和花粉管表达较强烈。亚细胞定位和酵母单杂交实验表明Tkn4是一个定位于细胞核且具有转录激活活性的转录因子。③超表达Tkn4基因产生了两种类型的表型,一种类型植株矮化,叶片变小且形态改变,叶片中叶绿素含量升高;组织切片发现该类型转基因番茄植株的形成层、顶端和侧芽分生组织的形态都发生了显著的变化。另一种类型转基因植株生长正常,座果率明显提高,而且果实中的叶绿素含量也显著提高。转基因植株幼苗显示出对生长素和赤霉素敏感的表型。通过RNA-Seq方法分析了两种表型的转基因植株中转录组的变化,结果表明:转基因植株中生长素,赤霉素和细胞分裂素等激素相关合成和信号转导基因的表达水平发生明显变化;长势正常的转基因植株中许多与花发育相关基因的表达水平显著变化。综上所述:Tkn4基因通过影响激素合成和信号转导基因,调节激素平衡,从而调节形成层、顶端及侧芽分生组织的形成和发育;同时Tkn4通过调节花器官相关基因的表达,从而调控番茄花组织的形成。本研究进一步明确了KNOX基因参与了植物分生组织的形成发育过程,同时发现KNOX基因在花器官形成发育过程中的新功能,为研究花器官的形成过程提供了一个新的调控途径。
【关键词】：激素 Tkn4基因 分生组织 维管组织 座果率
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q943.2
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 缩略词列表9-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 国内外研究现状11-17
• 1.1.1 KNOX家族的发现11-12
• 1.1.2 KNOX结构和分类12-13
• 1.1.3 KNOX的功能研究进展13-17
• 1.1.4 KNOX家族在番茄中的研究现状17
• 1.2 研究目的、意义及内容17-21
• 1.2.1 研究目的和意义17-18
• 1.2.2 主要研究内容18-19
• 1.2.3 技术路线19-21
• 2 Tkn4基因的克隆及表达模式分析21-53
• 2.1 引言21-22
• 2.2 材料与方法22-38
• 2.2.1 材料22-28
• 2.2.2 方法28-38
• 2.3 结果38-49
• 2.3.1 Tkn4基因克隆和序列分析38-41
• 2.3.2 Tkn4基因启动子的克隆及元件分析41-45
• 2.3.3 pLP100-proTkn4::GUS转基因番茄鉴定45
• 2.3.4 Tkn4基因组织表达模式45-47
• 2.3.5 Tkn4基因对于激素应答的表达模式分析47-48
• 2.3.6 Tkn4作为一个转录激活因子定位于细胞核48-49
• 2.4 讨论49-51
• 2.5 本章小结51-53
• 3 Tkn4转基因番茄鉴定和表型分析53-79
• 3.1 引言53
• 3.2 材料与方法53-59
• 3.2.1 材料53-54
• 3.2.2 方法54-59
• 3.3 结果59-75
• 3.3.1 Tkn4超表达载体构建及其转基因番茄的获得59-63
• 3.3.2 Tkn4超表达引起植株高度和叶片形态的改变63-67
• 3.3.3 超表达Tkn4提高番茄座果率67-75
• 3.4 讨论75-77
• 3.5 本章小结77-79
• 4 转录组分析转基因植株中DEGs79-117
• 4.1 引言79
• 4.2 材料与方法79-84
• 4.2.1 材料79-82
• 4.2.2 方法82-84
• 4.3 结果84-113
• 4.3.1 转录组数据可靠性分析84-89
• 4.3.2 差异表达基因筛选89-90
• 4.3.3 Gene Ontology功能分类90-92
• 4.3.4 超表达Tkn4引起植株高度和叶片形态变化的DEGs分析92-107
• 4.3.5 超表达Tkn4的转基因植株中与花器官发育相关DEGs分析107-111
• 4.3.6 RNA-seq数据中部分基因的qPCR验证111-113
• 4.4 讨论113-115
• 4.5 本章小结115-117
• 5 结论与展望117-119
• 5.1 主要结论117
• 5.2 本研究的创新点117-118
• 5.3 后续研究及展望118-119
• 致谢119-121
• 参考文献121-129
• 附录129-132
• A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文129
• B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目129-130
• C. 本文所用到的附录文件130-132

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1 燕芳;Tkn4基因在番茄生长发育过程中的功能研究[D];重庆大学;2015年

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本文编号：346967