植物激素乙烯调控拟南芥抗冻性的分子机制研究

发布时间：2017-05-20 18:18

  本文关键词：植物激素乙烯调控拟南芥抗冻性的分子机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自然界条件下,低温逆境严重影响植物的正常生长发育过程。温带地区的植物存遭受短期非致死低温后,可以获得更强的耐低温能力,这个过程被称为冷驯化过程。近年来,人们对植物响应低温逆境信号分子机制的研究取得了很大的进展。目前研究最为深入的是ICE1-CBF-COI转录级联信号途径。植物感受低温信号后,可以迅速诱导转录因子CBF的表达,CBFs蛋白可以结合下游低温响应基因COR启动子区保守的CRT/DRE顺式作用元件,从而激活植物对低温的响应。CBF基因直接受上游重要的转录因子ICE1蛋白的正调控。ICE1也被发现受到多种蛋白翻译后的修饰。 植物激素乙烯调控植物生长和发育的多个过程,近年来研究发现乙烯还参与调控多种非生物逆境的响应过程。在多种植物中,乙烯的合成受到低温的调控,但乙烯在低温胁迫下的作用机制并不清楚。本研究发现,在模式植物拟南芥中,乙烯参与负调控植物对低温的响应。 外源施加乙烯的合成前体ACC可以使拟南芥的野生型Col及乙烯合成增加的突变体etol的抗冻能力下降,相反抑制ACC合成的抑制剂AVG则可以大幅度提高拟南芥对低温的耐受能力。与Col相比,乙烯合成增多突变体eto1、eto2和eto3在冻胁迫下的存活率明显降低,而ACC合酶ACS的六突变体和七突变体的抗冻能力明显提高。除此之外,低温能够明显抑制拟南芥野生型和etol突变体中乙烯的合成。以上结果显示乙烯负调控植物的抗冻性。 Ag+可以阻断乙烯对受体的激活,进而阻断乙烯信号通路。本研究发现,外源施加Ag+可以提高拟南芥的抗冻能力。etr1-1、ein4-1是乙烯受体的功能获得性突变体,它们在冻胁迫下的存活率较野生型明显提高,EIN2和EIN3/EIL1是乙烯信号通路中关键的正调节因子,它们的缺失突变体ein2-5、ein3-1以及ein3eill双突变体都表现出明显的抗冻表型。而乙烯信号持续激活突变体ctr1-1及EIN3过表达植株则对冻胁迫具有敏感表型。进一步的遗传和生化证据显示,转录因子EIN3能够直接结合CBFs基因启动子区的EBS保守基序,抑制CBFs基因的表达,从而负调控植物的抗冻性。此外,低温调控EIN3蛋白的稳定性,猜测是由于低温在EIN2存在的情况下促进EBF1蛋白的降解所引起。 综上所述,在拟南芥中,乙烯通过EIN3蛋白对CBFs表达的抑制,参与负调控植物对低温的耐受能力。这些结果揭示了乙烯调控植物低温信号的分子机制,为阐明植物响应低温胁迫的分子机理提供了新的信息；同时也有助于我们全面了解植物激素乙烯信号与低温信号之间的交叉作用。
【关键词】：低温逆境 拟南芥 乙烯 信号转导 CBFs
【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】：Q946
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• ABBREVIATIONS 缩略词表10-12
• 第一章 文献综述12-31
• 1.1 植物对低温胁迫的响应12-21
• 1.1.1 低温胁迫引起植物的生理变化12-13
• 1.1.2 植物对低温信号的感知和传递13-15
• 1.1.3 CBF低温信号途径及调控15-18
• 1.1.4 不依赖CBF的低温响应调控18
• 1.1.5 植物激素对低温的响应18-21
• 1.2 乙烯的研究进展21-29
• 1.2.1 乙烯的合成及调控机制21-23
• 1.2.2 乙烯的信号转导途径23-26
• 1.2.3 乙烯在非生物逆境中的作用26-29
• 1.3 乙烯与低温胁迫的关系29-30
• 1.4 本研究的目的和意义30-31
• 第二章 实验材料和方法31-44
• 2.1 实验材料31-32
• 2.1.1 植物材料31
• 2.1.2 菌株材料31
• 2.1.3 质粒和载体31-32
• 2.2 酶、试剂盒及化学药品32-33
• 2.3 常用培养基及试剂的配制33-36
• 2.3.1 常用培养基的配制33-34
• 2.3.2 常用抗生素配制及存放34
• 2.3.3 Western blot相关缓冲液34
• 2.3.4 原核表达蛋白纯化相关缓冲液34
• 2.3.5 ChIP实验相关缓冲液34-35
• 2.3.6 Z-buffer/X-gal显色液35
• 2.3.7 其他常用溶液配制35-36
• 2.4 实验仪器36
• 2.5 实验方法36-44
• 2.5.1 拟南芥种子灭菌及生长条件36-37
• 2.5.2 冻胁迫处理模拟实验37
• 2.5.3 基因组DNA的提取37
• 2.5.4 总RNA的提取及反转录37-38
• 2.5.5 PCR扩增38-39
• 2.5.6 蛋白免疫印迹法39
• 2.5.7 植物生理指标测定方法39-41
• 2.5.8 激光共聚焦显微镜观察41
• 2.5.9 原核蛋白表达纯化41
• 2.5.10 气相色谱测乙烯含量41
• 2.5.11 染色质免疫共沉淀实验41-42
• 2.5.12 EMSA实验42-43
• 2.5.13 酵母双杂交实验43-44
• 第三章 实验结果与分析44-68
• 3.1 乙烯合成影响拟南芥对低温的响应44-48
• 3.1.1 外源ACC、AVG影响拟南芥的抗冻能力44-45
• 3.1.2 内源乙烯对拟南芥低温响应的影响45-46
• 3.1.3 低温条件下乙烯合成量改变46-47
• 3.1.4 低温影响乙烯合成基因ACS的表达47-48
• 3.2 乙烯信号影响拟南芥对低温的响应48-56
• 3.2.1 外源Ag~+影响拟南芥的抗冻能力48-49
• 3.2.2 乙烯受体的功能获得突变体具有抗冻表型49-50
• 3.2.3 乙烯信号正调控因子缺失突变体具有抗冻表型50-51
• 3.2.4 过表达EIN3降低拟南芥的抗冻能力51-53
• 3.2.5 乙烯信号持续激活突变体具有冻敏感表型53-54
• 3.2.6 冷驯化后乙烯信号相关突变体的冻表型54-56
• 3.3 乙烯信号调控低温响应的机制探究56-68
• 3.3.1 乙烯信号各组分在低温下的表达变化56-57
• 3.3.2 EIN3在低温下的蛋白变化57-61
• 3.3.3 乙烯突变体基因芯片分析61
• 3.3.4 EIN3抑制CBFs及下游低温响应基因的表达61-64
• 3.3.5 EIN3在体内与CBFs的启动子特异结合64-65
• 3.3.6 EIN3在体外特异结合CBFs的启动子65-66
• 3.3.7 乙烯信号突变体脯氨酸及可溶性糖的变化66-68
• 第四章 讨论与展望68-73
• 4.1 乙烯调控拟南芥低温响应过程的作用模式68-69
• 4.2 低温胁迫影响植物的乙烯合成69-70
• 4.3 低温对ACS的表达影响70
• 4.4 乙烯调控植物对低温胁迫的耐受能力70-71
• 4.5 EIN3蛋白被低温诱导积累71-72
• 4.6 EIN3作为转录抑制子在低温下发挥作用72
• 4.7 展望72-73
• 第五章 结论73-74
• 第六章 COS8基因调控拟南芥响应低温的机制初探74-88
• 6.1 引言74
• 6.2 实验结果与分析74-86
• 6.2.1 cos8-1冻敏感突变体的筛选和图位克隆74-76
• 6.2.2 cos8-1突变体的表型由COS8基因突变引起76-77
• 6.2.3 cos8突变体的冻敏感表型分析77-79
• 6.2.4 cos8突变体花青素的合成增多79-81
• 6.2.5 cos8-1突变体中CBF基因表达量降低81-83
• 6.2.6 COS8与ICE1在酵母中发生相互作用83-84
• 6.2.7 cos8-1突变体中脯氨酸含量降低84
• 6.2.8 多种逆境影响cos8-1突变体的萌发84-86
• 6.3 讨论与结论86-88
• 参考文献88-108
• 附录108-112
• 致谢112-113
• 个人简介113

【共引文献】

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