拟南芥MAX2蛋白介导ABA信号及抗旱反应的分子机制

发布时间：2017-08-28 00:16

  本文关键词：拟南芥MAX2蛋白介导ABA信号及抗旱反应的分子机制

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【摘要】：MAX2(More AXillary growth 2)是植物激素-独脚金内酯(Strigolacton)和karrikin信号途径的重要组分,分别在这两种途径的信号传导过程中发挥作用。其功能在拟南芥、水稻、矮牵牛中都被报道,除了影响独脚金内酯调控的植物分蘖表型外,MAX2还影响着植物的光形态建成、衰老等生长发育的多个方面,但其在植物对非生物胁迫反应中的功能还未见报道。脱落酸(ABA)是一种重要的植物激素,调节着植物的生长、发育、防御等过程,尤其在植物对外界非生物胁迫(低温冷害,干旱,盐害)的反应中起着至关重要的作用。我们的研究发现,MAX2在苗期正调控植物的抗旱反应。表现为max2突变体对干旱环境超敏感,失水速率明显高于野生型;max2突变体对ABA及干旱诱导的气孔闭合不敏感;透射电镜观察发现,max2突变体的蜡质层与野生型相比更薄;荧光定量PCR结果显示,max2突变体中受胁迫诱导的基因RD29A,RD29B,COR47,RAB18,KIN1的表达降低,ABA合成、代谢、运输和信号传导相关基因,包括NCED3,CYP707A3,ABCG22,HAB1,ABI1,ABI2的表达也发生失常。与此同时,MAX2负调控植物在萌发及萌发后的早期生长阶段对ABA的反应。表现为max2突变体在种子萌发、萌发后的子叶生长、根的伸长等方面对ABA超敏感。荧光定量PCR结果显示,种子萌发阶段,max2中受ABA调控的转录因子ABI3、ABI5以及它们的靶基因At EM1的表达水平升高;苗期ABA处理能够降低MAX2基因的表达。双突变体分析证明,在ABA反应途径中,MAX2基因可能作用于ABI3和ABI5的上游。另外,种子萌发阶段max2对渗透胁迫超敏感。这些结果都说明MAX2蛋白除了参与独脚金内酯信号途径的传导,还特异的在植物逆境胁迫反应中起重要作用。进一步研究发现,独角金内酯途径的其他成员MAX1,MAX3及MAX4不参与ABA及干旱反应途径。种子萌发阶段,max1,max3,max4突变体对干旱,ABA及渗透胁迫不敏感,表现出与野生型相似的表型。综上所述,我们的研究创新性地揭示了拟南芥MAX2蛋白在除了SL,Karrinkin,GA,Auxin之外,介导ABA信号及干旱反应的特性,研究结果为MAX2蛋白功能的研究提供了一定的知识积累和新的研究视角,在植物抗旱改良方面具有一定的指导意义。
【关键词】：独脚金内酯 MAX2 脱落酸 干旱 渗透胁迫
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q945.78
【目录】：

• 中文摘要10-12
• 英文摘要12-14
• 第一章 绪论14-42
• 第一节 独脚金内酯概述14-27
• 一、独脚金内酯的发现14
• 二、独脚金内酯的化学结构及生物合成14-16
• 三、独脚金内酯的生物学功能16-23
• （一）诱导寄生性杂草的种子萌发16-17
• （二）促进植物与丛枝菌根真菌共生17
• （三）适应陆地生长应对恶劣环境17-18
• （四）抑制植物的地上分枝18-19
• （五）调控根的生长19-20
• （六）独脚金内酯对匍匐茎块茎的影响20-21
• （七）调控叶片的衰老21-22
• （八）SLs诱导的种子萌发与光信号调节22-23
• 四、独脚金内酯途径相关基因的研究进展23-27
• （一）独脚金内酯合成途径相关基因的研究进展23-25
• 1. D2723-24
• 2. MAX3/D17/HTD1/DAD3/RMS524
• 3. MAX4/D10/DAD1/RMS124
• 4. MAX124-25
• （二）独脚金内酯信号传导途径相关基因的研究进展25-27
• 1. MAX2/D3/RMS4/PhMAX2A25
• 2. AtD14/D14/D88/HTD2/DAD225-26
• 3. D53/SMAX126-27
• 第二节 MAX2 (More AXillary growth 2 )蛋白的研究进展27-34
• 一、MAX2 的蛋白结构27
• 二、MAX2 蛋白生物学功能的研究进展27-30
• （一）控制植物分枝27-28
• （二）促进丛枝菌根真菌分枝28
• （三）通过调控多种激素信号影响光形态发生28-29
• （四）调控叶片的衰老29-30
• （五）控制种子的萌发及苗的早期发育30
• 三、Karrikin途径中的MAX2 与KAI230-33
• 四、SL途径中的D53 与SMAX133-34
• 第三节 F-box蛋白参与激素信号传导的研究34-36
• 一、F-box蛋白与乙烯的信号传导34
• 二、F-box蛋白与赤霉素(GA)的信号传导34-35
• 三、F-box蛋白与生长素的信号传导35
• 四、F-box蛋白与茉莉酸(JA)的信号传导35-36
• 第四节 脱落酸概述36-39
• 一、脱落酸的信号识别方式36-37
• 二、脱落酸信号传导途径的转录因子37-39
• （一）b-ZIP类转录因子37
• （二）AP2 类转录因子37
• （三）MYC和MYB类转录因子37-38
• （四）Ring Finger类转录因子38
• （五）其他类转录因子38-39
• （六）F-box蛋白参与ABA信号的研究进展39
• 第五节 本研究的目的与意义39-42
• 第二章 材料与方法42-58
• 第一节 试验材料42-48
• 一、植物材料42
• 二、菌株与载体42
• 三、试验仪器42-43
• 四、试验用分子生物学试剂43
• 五、试验用培养基的配制43-44
• 六、试验用抗生素的配制44
• 七、试验用溶液的配制44-48
• 第二节 试验方法48-58
• 一、植物材料的培养48
• 二、载体的构建48-49
• （一）35Spro:MAX2 过量表达载体的构建48-49
• （二）酵母双杂载体的构建49
• 三、拟南芥的转化49-50
• 四、双突变体的构建50
• 五、植物总RNA的提取和荧光定量PCR分析50-52
• （一）总RNA的提取50-51
• （二）拟南芥种子RNA提取51
• （三）反转录合成cDNA51-52
• （四）荧光定量PCR52
• 六、酵母双杂交试验52-54
• （一）酵母感受态的制备52-53
• （二）酵母的转化53-54
• 七、植物的萌发及生长表型观测54
• （一）种子萌发及子叶变绿比率的测定54
• （二）根的抑制生长试验54
• 八、植物对干旱反应的表型观测54-55
• （一）植物失水率的测定54-55
• （二）植物叶片气孔大小的测量55
• 九、表皮蜡质层的表型观察55-56
• （一）叶绿素浸提速率的测定55
• （二）TEM(透射电子显微镜)观测55-56
• 十、ABA含量的测定56-58
• 第三章 结果与分析58-86
• 第一节 MAX2 正向调控植物对干旱信号的反应58-66
• 一、max2 突变体对干旱环境超敏感58-59
• 二、max2 突变体失水速率明显高于野生型59
• 三、max2 突变体对ABA及干旱诱导的气孔闭合不敏感59-60
• 四、max2 突变体的蜡质层厚度与野生型相比更薄60-62
• 五、max2 突变体中受胁迫诱导的基因表达降低62-63
• 六、max2 突变体中ABA合成，代谢，运输和信号传导相关基因的表达降低63-65
• 七、MAX2 基因的过量表达不能增加植物的抗旱能力65-66
• 第二节 MAX2 负向调控ABA介导的种子萌发、苗的早期发育及渗透胁迫反应66-74
• 一、max2 突变体在种子萌发及子叶变绿过程中对ABA超敏感66-68
• 二、MAX2 与其它ABA信号途径已知突变体的遗传分析68-70
• 三、种子萌发过程中max2 突变体中受ABA调控的基因表达水平升高70-71
• 四、种子吸水萌发阶段及苗期ABA处理降低MAX2 基因的表达71-72
• 五、种子萌发阶段max2 对渗透胁迫超敏感72-74
• 第三节 独角金内酯合成途径的成员不参与ABA及干旱反应途径74-76
• 第四节 与MAX2 相关的SL，，Karrikin途径的主要成员在ABA信号途径中的功能分析76-82
• 一、KAI2 对ABA及渗透胁迫超敏感76-78
• 二、KAI2 与ABA信号已知突变体的遗传分析78-80
• 三、MAX2 与SL，Karrikin，ABA途径已知的主要成员在ABA诱导下无直接互作关系80-82
• 第五节 讨论82-86
• 一、揭示MAX2 的新功能，在ABA及干旱信号途径中调节植物的生长发育82
• 二、植物对 ABA 的敏感性与耐旱性并不一定相关82-83
• 三、MAX2 以不依赖独脚金内酯途径的方式参与ABA及干旱反应途径83-84
• 四、MAX2 可能在植物不同的发育阶段与不同的蛋白互作从而参与多个生物学过程84-86
• 第四章 结论与展望86-88
• 第一节 结论86-87
• 一、MAX2 正向调节植物的抗旱反应86
• 二、MAX2 负向调节ABA介导的种子萌发、苗的早期发育及渗透胁迫反应86-87
• 三、MAX2 以不依赖 SL 的方式影响 ABA 及干旱反应途径87
• 第二节研究展望87-88
• 作者简介88-90
• 发表文章目录90-92
• 致谢92-94
• 参考文献94-114
• 附件114-119

【共引文献】

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