拟南芥AP2/ERF转录因子ERFⅡ-1和ERFⅡ-2调控植物侧根生长发育的研究

论文摘要

根对于植物至关重要,因为它能感知和摄取营养物质与水分、储存营养物质、固定植物体以及无性生殖。植物根系由两种不同类型的根组成:一种是由胚根发育形成的主根;另一种根是在胚后发育时期形成,包括侧根和不定根等。其中侧根由主根分支形成,不定根由嫩枝、茎或叶形成。侧根的形成和发展对植物根系结构起着至关重要的决定作用。因此,研究侧根对深入认识植物根系生长发育的调控机理及基于根型结构改良的作物生产都具有重要的意义。拟南芥的根系比较简单,目前人们对拟南芥侧根的起始和发育有了比较详细的研究。侧根由已有的根分支形成,这个过程受多种因素调控,如内在的激素信号和外在的环境信号等。作为根发育的强有力的调控者,生长素在控制根系发育和建成中起着重要作用。生长素能够与多种激素互作来调控侧根的生长发育。生长素的合成、极性运输以及信号转导等过程都对侧根的生长发育有影响。其中,ARF7/19-LBDs介导的生长素信号通路是目前研究的最为深入也最为清楚的侧根调控途径。为了进一步阐明侧根生长发育的调控因子,深入解析生长素调控侧根发育的分子机制。我们通过表达谱筛选,分离到了两个能够受生长素诱导表达的AP2/ERF转录因子编码基因ERFⅡ-1和ERFⅡ-2。表型分析发现,过表达ERFⅡ-1或ERFⅡ-2会使侧根的萌发（emergence）密度显著减少,而突变ERFⅡ-1或ERFⅡ-2会使侧根的emergence密度明显增加。说明转录因子ERFⅡ-1和ERFⅡ-2参与侧根发育的调控。进一步研究发现,生长素诱导ERFⅡ-1和ERFⅡ-2的转录表达,不受ARF7/19-LBDs介导的生长素信号通路的调控。而且ERFⅡ-1和ERFⅡ-2过表达与ERFⅡ-1-SRDC和ERFⅡ-2-SRDX植株中,ARF7、ARF19、1AA3、IAA14、LBD16、LBD17、LBD18和LBD29等生长素信号通路的关键基因表达量都没有明显的变化,表明ERFⅡ-1和ERFⅡ-2对侧根的调控可能不是通过影响这些基因的转录表达来实现的。为了探究ERFⅡ-1和ERFⅡ-2调控侧根发育的机制,分别提取野生型Col、ERFⅡ-1 和ERFⅡ-2过表达与ERFⅡ-1-SRDX和ERFⅡ-2-SRDX株系幼苗根的总RNA进行转录组测序。通过分析测序数据和定量验证有关基因,最终验证出了WAKL4、KCS16、MYBL2、PMAT2和CAPE3五个基因明显的受ERFⅡ-1和ERFⅡ-2转录调控。用NAA处理野生型Col幼苗后,WAKL4、KCS16和MYBL2的表达量明显上调,而PMAT2和CAPE3这两个基因的表达量明显下调,表明这几个基因都能响应生长素。wak14、pmat2和cape3变体表型分析发现,WAKL4具有促进侧根emergence的功能,而PMAT2和CAPE3具有抑制侧根emergence的功能。KCS16和MYBL2在侧根原基中有表达,表明KCS16和MYBL2可能参与调控侧根发育。ERFⅡ-1和ERFⅡ-2可能通过调控下游这五个基因来调控侧根的emergence。ERFⅡ-1和ERFⅡ-2都是AP2/ERF超家族中的转录因子。这个超家族中的转录因子在植物响应多种胁迫以及植物的生理过程中发挥着重要功能。目前,对AP2/ERF家族中一些成员的功能有了比较详细的研究,但是有关调控侧根发育的研究比较少。本研究有助于加深对侧根发育和AP2/ERF家族转录因子功能的认识。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 英文缩写词表
• 1 文献综述
•   1.1 拟南芥侧根发育研究进展
•     1.1.1 根的作用
•     1.1.2 根的形态结构
•     1.1.3 拟南芥侧根发育研究
•   1.2 植物激素对侧根发育的调控
•     1.2.1 生长素对侧根的调控
•     1.2.2 细胞分裂素负调控侧根形成
•     1.2.3 脱落酸（abscisic acid,ABA）负调控侧根原基
•     1.2.4 赤霉素参与调控侧根形成
•     1.2.5 油菜素内酯（Brassinosteroids,BR）促进侧根形成
•     1.2.6 乙烯负调控侧根形成
•   1.3 AP2/ERF转录因子功能研究
•   1.4 研究的目的与意义
• 2 材料与方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 植物材料
•     2.1.2 菌株与载体
•     2.1.3 生化试剂
•     2.1.4 实验仪器
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 植物培养
•     2.2.2 培养基及溶液配制
•     2.2.3 基因组DNA的提取
•     2.2.4 植物总RNA提取
•     2.2.5 反转录
•     2.2.6 Real-time PCR
•     2.2.7 T-DNA突变体鉴定
•     2.2.8 表达载体构建
•     2.2.9 GUS染色
•     2.2.10 侧根统计
•     2.2.11 实验引物
• 3 结果与分析
•   3.1 构建ERFⅡ-1和ERFⅡ-2转基因株系及鉴定其突变体
•   3.2 ERFⅡ-1和ERFⅡ-2过表达株系及突变体表型分析
•   3.3 ERFⅡ-1和ERFⅡ-2组织定位
•   3.4 ERFⅡ-1和ERFⅡ-2调控侧根的机制
•     3.4.1 生长素对ERFⅡ-1和ERFⅡ-2的调控
•     3.4.2 ERFⅡ-1和ERFⅡ-2对侧根的调控
•   3.5 转录组测序筛选ERFⅡ-1和ERFⅡ-2下游调控侧根的基因
•     3.5.1 转录组测序数据分析
•     3.5.2 候选基因定量验证
•   3.6 鉴定筛选出的基因的突变体及表型分析
•   3.7 KCS16和MYBL2组织定位
• 4 讨论
•   4.1 AP2/ERF转录因子ERFⅡ-1与ERFⅡ-2参与侧根发育的调控
•   4.2 生长素对ERFⅡ-1和ERFⅡ-2的诱导机制
•   4.3 转录组测序寻找ERFⅡ-1和ERFⅡ-2下游调控侧根的基因
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田特

导师: 丁兆军,孔祥培

关键词: 拟南芥,侧根,转录

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 山东大学

分类号: Q943.2

总页数: 74

文件大小: 5577K

下载量: 368