SERKs调控拟南芥胚胎维管前体和基本组织干细胞的分裂

论文摘要

当前的研究表明膜定位的类受体激酶（Receptor-like kinases,RLKs）参与调控植物的生长、发育和防御反应。拟南芥体细胞胚胎发生类受体激酶（SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASE,SERK）家族隶属于拟南芥亮氨酸重复序列类受体激酶第二亚家族（LRR II-RLK）。拟南芥SERKs作为共受体与不同的受体结合来调控不同的生物学过程,例如油菜素内酯（BR）信号通路、花药细胞分化、气孔形成、植物先天免疫反应、维管发育和花器官脱落等。本课题组在研究SERKs调控油菜素内酯信号通路时,发现两套独立的三重缺失突变体serk1 serk2 bak1的幼苗和种子均存在严重缺陷。众所周知,种子形态与胚胎发育密切相关,且模式植物拟南芥胚胎发育过程是简单、有序、可预测的。在本研究中,我们用微分干涉差显微镜和共聚焦激光扫描显微镜详细观察了野生型和serk1-8 serk2-1 bak1-4三重缺失突变体的胚胎发育,结果表明serk1-8serk2-1 bak1-4三重缺失突变体胚胎具有较少的维管组织、皮层细胞、内皮层细胞和表皮细胞。现有的研究数据表明维管前体和基本组织干细胞的分裂在拟南芥胚胎发育中的作用至关重要:维管前体进行有序的分裂产生维管组织;基本组织干细胞分裂产生新的基本组织干细胞和基本组织干细胞子细胞,基本组织干细胞子细胞进行不均等分裂形成内皮层细胞和皮层细胞。与野生型相比,serk1-8 serk2-1 bak1-4突变体球形期中期胚胎中维管前体的第一次横向分裂变成异常的纵向分裂,而早期心形期胚胎的基本组织干细胞进行纵向分裂,可能分化成了皮层细胞和内皮层细胞。serk1-8 serk2-1 bak1-4维管前体和基本组织干细胞的异常分裂导致其维管组织、皮层、内皮层均不能正常发育。我们还发现yda-Y295和mkk4-18 mkk5-18突变体胚胎表型类似于serk1-8serk2-1 bak1-4胚胎。serk1-8 serk2-1 bak1-4、yda-Y295和mkk4-18 mkk5-18胚胎中维管组织细胞属性均发生了改变。持续性激活的YDA和MKK5能够部分恢复serk1-8 serk2-1 bak1-4胚胎缺陷,其对基本组织干细胞异常分裂的恢复尤为明显。我们的研究表明SERKs可能通过YDA-MKK4/5级联反应来调控拟南芥胚胎发育过程中维管前体和基本组织干细胞的分裂模式。揭示SERKs调控拟南芥维管前体和基本组织干细胞的分裂机理让我们对双子叶植物的胚胎发育过程有了更加深入的了解。

论文目录

• 缩略词表
• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
•   1.1 类受体激酶SERK家族功能总结
•     1.1.1 SERKs调控花药的发育
•     1.1.2 SERKs调控花器官脱落
•     1.1.3 SERKs调控油菜素内酯信号
•     1.1.4 SERKs调控拟南芥根的发育
•     1.1.5 SERKs调控气孔形成和关闭
•     1.1.6 SERKs调控植物的免疫反应
•     1.1.7 SERKs调控植物维管发育
•     1.1.8 SERKs调控细胞死亡过程
•   1.2 拟南芥胚胎发育
•     1.2.1 拟南芥早期胚胎细胞分裂模式
•     1.2.2 生长素调控胚胎的发育
•     1.2.3 调控拟南芥胚胎和种子发育的受体激酶
•   1.3 本研究的意义
• 第二章 材料与方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 拟南芥材料
•     2.1.2 目的基因克隆与载体构建
•   2.2 实验所用仪器设备与药品
•   2.3 方法操作
•     2.3.1 1/2 MS培养基培养幼苗
•     2.3.2 拟南芥DNA简易提取法
•     2.3.3 DNA琼脂糖凝胶电泳
•     2.3.4 温室内拟南芥的种植和管理
•     2.3.5 遗传杂交方法
•     2.3.6 微分干涉差显微镜观察胚胎
•     2.3.7 FM4-64 染料染胚胎
•     2.3.8 种子表型的观察和挑选
•     2.3.9 扫描电子显微镜观察幼苗下胚轴
•     2.3.10 总RNA提取及变性琼脂糖凝胶电泳
•     2.3.11 逆转录和RT-PCR
•     2.3.12 DH5α和 DB3.1 热激感受态制备及转化
•     2.3.13 农杆菌GV3101 电击感受态细胞的制备及转化
•     2.3.14 农杆菌浸染拟南芥花序法
•     2.3.15 丙酮沉淀法提取植物蛋白
•     2.3.16 Western blot鉴定蛋白表达
•     2.3.17 拟南芥膜蛋白的提取和免疫沉淀
•     2.3.18 拟南芥胚胎原位杂交
• 第三章 结果与分析
•   3.1 serk1 serk2 bak1 三重缺失突变体幼苗发育存在缺陷
•   3.2 serk1 serk2 bak1 种子存在缺陷
•   3.3 serk单突变体和其他高阶突变体种子的表型
•   3.4 serk单突变体和其他高阶突变体胚胎的表型
•   3.5 SERK1、SERK2、BAK1 调控胚胎的发育
•     3.5.1 serk1 serk2 bak1 胚胎发育存在缺陷
•     3.5.2 SERKs在胚胎发育过程中均有表达
•     3.5.3 自身启动子驱动SERK基因组DNA能够恢复serk1-8serk2-1bak1-4的胚胎表型
•     3.5.4 受体激酶SERK1、SERK2和BAK1 调控拟南芥胚胎维管前体和基本组织干细胞的分裂
•     3.5.5 serk1-8 serk2-1 bak1-4 胚胎发育过程中标记基因的表达模式
•     3.5.6 serk1-8 serk2-1 bak1-4 胚胎有较少的维管组织、皮层、内皮层和表皮
•     3.5.7 SERKs能够恢复serk1-8 serk2-1 bak1-4 胚胎维管前体和基本组织干细胞分裂异常的表型
•     3.5.8 ATML1和SHR启动子驱动的SERK1 基因组DNA能够很好地恢复serk1-8 serk2-1 bak1-4 胚胎发育的缺陷
•   3.6 serk1-8 serk2-1 bak1-4 bkk1-1 四重缺失突变体种子和胚胎的缺陷表型更加明显
•   3.7 SERKs调控胚胎的发育独立于油菜素内酯信号通路
•   3.8 YDA位于SERKs下游调控胚胎的发育
•     3.8.1 持续性激活的YDA能促进serk1-8/+serk2-1bak1-4 植株果柄的伸长
•     3.8.2 部分yda-Y295 胚胎缺陷表型类似于serk1-8serk2-1bak1-4 且持续性激活的YDA能部分抑制serk1-8 serk2-1 bak1-4 胚胎发育的缺陷
•     3.8.3 持续性激活的YDA能很好地恢复serk1-8 serk2-1 bak1-4 胚胎基本组织干细胞的异常分裂
•     3.8.4 yda-Y295 早期胚胎中细胞存在严重的异常分裂
•     3.8.5 持续性激活的YDA能够部分恢复serk1-8serk2-1bak1-4 幼苗短下胚轴的表型
•   3.9 MKK4和MKK5在SERKs下游调控胚胎的发育
•     3.9.1 MKK4和MKK5 缺失突变体胚胎发育存在缺陷
•     3.9.2 WOX5 异位到mkk4-18 mkk5-18 胚胎维管组织中表达
•     3.9.3 持续性激活的MKK5 能够很好地恢复serk1-8serk2-1bak1-4 胚胎维管组织基本干细胞的异常分裂
•     3.9.4 持续性激活的MKK5 能够很好地恢复serk1-8serk2-1bak1-4 幼苗短下胚轴的表型
•     3.9.5 SERKs调控拟南芥胚胎发育的工作模式
• 第四章 讨论与展望
•   4.1 SERKs调控胚胎发育存在功能冗余,且SERKs发挥功能不同
•   4.2 serk1-8 serk2-1 bak1-4 胚胎中WOX5 异位表达原因的探究
•     4.2.1 SERKs可能抑制WOX5 的表达区域来维持干细胞微环境
•     4.2.2 WOX5 异位表达也可能不是造成serk1-8 serk2-1 bak1-4 胚胎缺陷的原因
•   4.3 SERKs调控胚胎早期发育过程中维管前体和基本组织干细胞的分裂
•   4.4 SERKs通过YDA-MKK4/5 级联反应调控基本组织干细胞的分裂
•   4.5 结论与展望
• 参考文献
• 期间科研成果及获奖
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李会强

导师: 苟小平

关键词: 拟南芥,胚胎发育,基本组织干细胞,维管前体

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 兰州大学

基金: 国家自然科学基金委员会(31770312,31471402,31270229,31070283),教育部(113058A,NCET-12-0249)

分类号: Q943

DOI: 10.27204/d.cnki.glzhu.2019.000082

总页数: 116

文件大小: 8218K

下载量: 144