拟南芥半胱氨酸蛋白酶基因βVPE和γVPE的功能分析

论文摘要

液泡加工酶（VPE）是负责植物液泡内蛋白质加工和激活的一种半胱氨酸蛋白酶。在植物中,VPE通过液泡降解介导的细胞死亡调控PCD。绒毡层的PCD是花粉的发育的前提条件,许多转录因子调控花药的分化和绒毡层细胞的发育。先前的研究显示βVPE的表达量在spl/nzz和ems1/exs的突变体中显著的下调,在tdf1突变体中表达量上调,这就暗示了βVPE可能参与了绒毡层的降解过程。木质部细胞的分化是维管植物的典型PCD,液泡膜的破碎是TE细胞程序化死亡的标志性事件。先前的研究表明,在拟南芥γvpe突变体中,由于yVPE的缺失导致了拟南芥叶片受到TMV侵染时液泡降解的延时,因此yVPE可能在拟南芥木质部的分化过程中起着重要的作用。基于以上结果,本论文以βvpe突变体为实验材料研究βVPE在花药发育过程中的作用,以γvpe突变体为实验材料研究γVPE在茎发育过程中的作用。主要研究结果如下:（1）βVPE在花药发育过程中的研究。实时定量PCR和βVPE启动子GUS染色结果表明,βVPE特异的在绒毡层发育的5-8时期表达,在第8时期完全转化为成熟酶。βvpe突变体的石蜡切片和透射电镜结果表明,绒毡层细胞壁降解失败,绒毡层和造油体形成显著降低,部分花粉发育畸形。体外催化和Western检测结果表明,βVPE能够在体外催化CEP1酶原的成熟;在βvpe突变体中,CEP1,RD19A和RD19C蛋白酶的成熟受到了严重的抑制。以上研究结果表明,βVPE通过激活其他蛋白酶的成熟来调控绒毡层的降解和花粉的成熟。（2）γVPE在茎发育过程中的研究。实时定量PCR和免疫组化结果表明γVPE特异的在形成层细胞和正在发育的木质部的细胞中表达。yvpe突变体的石蜡切片和透射电镜结果表明,茎木纤维细胞内容物降解延时,细胞壁次生壁增厚。体外催化和Western检测结果表明,yVPE能够在体外催化CEP1酶原的成熟;在yvpe突变体中,CEP1蛋白酶的成熟受到了严重的抑制。转录组分析表明,在yvpe突变体中,一共有2001个基因的表达量发生了显著的变化,这些发生变化的基因中大部分的与次生壁的形成和PCD相关。以上研究结果表明,γVPE通过激活CEP1酶原的成熟来调控茎木质部细胞的发育。βVPE和γVPE通过激活其他蛋白酶的成熟参与花药绒毡层和茎木纤维细胞的PCD过程来分别调控花粉和木质部的发育。βVPE和γVPE对拟南芥细胞PCD的调控具有重要作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 1 引言
•   1.1 VPE在PCD中的作用
•     1.1.1 VPE在植物中起着caspase的活性
•     1.1.2 VPE在PCD中的研究进展
•   1.2 拟南芥花药的发育
•     1.2.1 拟南芥绒毡层和花粉的发育过程
•     1.2.2 绒毡层在花粉成熟过程中的功能
•     1.2.3 绒毡层PCD的研究进展
•   1.3 导管的分化过程
•   1.4 木纤维细胞的降解过程
•   1.5 拟南芥可以作为木质化研究系统
•   1.6 本研究的意义
•     1.6.1 γVPE在茎木质部发育过程中的作用
•     1.6.2 βVPE在花药发育过程中的作用
• 2 拟南芥βVPE基因在拟南芥花药发育中的功能分析
•   2.1 拟南芥βvpe突变体发育形态学研究
•     2.1.1 植物材料
•     2.1.2 仪器设备
•     2.1.3 试验方法
•     2.1.4 实验结果
•   2.2 拟南芥βvpe突变体花药发育形态学研究
•     2.2.1 植物材料
•     2.2.2 仪器设备
•     2.2.3 实验过程
•     2.2.4 实验结果
•   2.3 βvpe突变体绒毡层细胞降解异常
•     2.3.1 植物材料
•     2.3.2 仪器设备
•     2.3.3 实验过程
•     2.3.4 实验结果
•   2.4 βvpe突变体花粉发育异常
•     2.4.1 试剂与仪器
•     2.4.2 实验方法
•     2.4.3 实验结果
•   2.5 回复突变植株分析
•     2.5.1 仪器与试剂
•     2.5.2 培养基与抗生素
•     2.5.3 引物合成与DNA测序
•     2.5.4 实验步骤
•     2.5.5 实验结果
•   2.6 βVPE基因的时空表达模式
•     2.6.1 仪器与试剂
•     2.6.2 培养基与抗生素
•     2.6.3 试验方法
•     2.6.4 实验结果
•   2.7 βVPE在绒毡层降解的过程中催化其它蛋白酶的成熟
•     2.7.1 仪器与试剂
•     2.7.2 培养基与抗生素
•     2.7.3 实验方法
•     2.7.4 实验结果
•   2.8 βvpe突变体中与绒毡层降解和花粉发育相关基因的变化
•     2.8.1 植物材料
•     2.8.2 引物合成与DNA测序
•     2.8.3 实验方法
•     2.8.4 实验结果
• 3 拟南芥γVPE基因在拟南芥茎木质部发育功能分析
•   3.1 拟南芥γvpe突变体发育形态学研究
•     3.1.1 植物材料
•     3.1.2 仪器设备
•     3.1.3 试验方法
•     3.1.4 结果
•   3.2 拟南芥γvpe突变体茎发育形态学研究
•     3.2.1 植物材料
•     3.2.2 仪器设备
•     3.2.3 实验过程
•     3.2.4 实验结果
•   3.3 γVPE基因的时空表达模式
•     3.3.1 仪器与试剂
•     3.3.2 培养基与抗生素
•     3.3.3 实验方法
•     3.3.4 实验结果
•   3.4 γvpe突变体茎木纤维细胞降解延时
•     3.4.1 植物材料
•     3.4.2 仪器设备
•     3.4.3 实验过程
•     3.4.4 实验结果
•   3.5 回复突变植株分析
•     3.5.1 仪器与设备
•     3.5.2 培养基与抗生素
•     3.5.3 引物合成与测序
•     3.5.4 试验方法
•     3.5.5 实验结果
•   3.6 γVPE在木质部的发育的过程中催化CEP1的成熟
•     3.6.1 仪器与试剂
•     3.6.2 培养基与抗生素
•     3.6.3 实验方法
•     3.6.4 实验结果
•   3.7 γvpe突变体中与木质部发育相关基因的变化
•     3.7.1 植物材料
•     3.7.2 引物合成与DNA测序
•     3.7.3 实验方法
•     3.7.4 实验结果
• 4 结论与讨论
•   4.1 βVPE在拟南芥茎花药发育过程中的功能
•     4.1.1 结论
•     4.1.2 讨论
•   4.2 γVPE在拟南芥茎木质部发育过程中的功能
•     4.2.1 结论
•     4.2.2 讨论
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
•   发表论文
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 程子义

导师: 陆海

关键词: 绒毡层,花粉,液泡,细胞次生壁,导管细胞,木纤维细胞

来源: 北京林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 北京林业大学

基金: 国家自然科学基金委

分类号: Q943.2

DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.000089

总页数: 128

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