Qi基因在拟南芥生长发育中的功能研究

论文摘要

拟南芥是植物科学研究中常用的模式植物,多年来科学家利用拟南芥研究植物的生长发育,然而依然还有很多拟南芥基因的功能未知。本课题研究了基因Qi在拟南芥生长发育中的功能。以在拟南芥基因组中是单拷贝。分析e-FP Browser数据库发现Qi在拟南芥多个组织中都有表达,在拟南芥种子、叶片和花中表达量较高,尤其在胚胎发育多个阶段维持高水平表达,暗示Qi基因在拟南芥种子发育和胚胎发育过程中具有关键作用。Qi在玉米、水稻和葡萄等作物中同源基因序列高度保守。因此,研究Qi基因在拟南芥生长发育中的功能可以为研究这些作物同源基因的功能奠定基础。本课题前期得到一个拟南芥Qi基因T-DNA插入突变体qi-2,表型分析表明以突变导致胚胎发育异常、主根变短和叶片白化等表型。为研究Qi基因调控拟南芥生长发育的功能,构建p35S:Qi超表达载体和pQi:Qi-GUS蛋白融合载体,通过花絮浸染法分别转入qi-2+/-和野生型,并经过遗传筛选获得相应转基因互补家系和蛋白融合报告基因家系。对qi-2-/-纯合突变体和互补家系进行表型分析,初步确定Qi在拟南芥根、叶、种子及胚胎发育过程中的功能;借助蛋白融合报告基因家系进行基因表达谱分析,确定Qi基因在拟南芥多个器官与组织中的表达情况。通过研究得出结论如下:1.遗传分析发现在拟南芥成苗中仅有野生型和杂合突变两种基因型,进一步的胚胎表型分析支持qi-2-/-纯合突变体是致死的;通过外施营养体外培养,我们可以短暂“挽救”qi-2-/-纯合突变体使其幼苗短暂成活。2.qi-2-/-主根根长显著短于野生型,且主根分生区皮层细胞数目明显少于野生型,维管原生木质部发育异常,说明Qi参与拟南芥根的生长发育。3.qi-2-/-出现叶片白化、叶缘粗糙表型,叶绿素含量检测结果表明突变体中叶绿素的含量极低;台盼蓝染色结果表明qi-2-/-出现异常细胞死亡。通过外源施加蔗糖无法改善qi-2-/-叶片白化表型,暗示Qi基因可能与光合作用中碳源含量无关。4.观察发现qi-2+/-中部分种子在发育前期发白,发育后期皱缩变扁不能形成正常的种子,并且胚胎在不同发育时期都出现了发育异常的表型,说明Qi基因参与拟南芥种子和胚发育。5.p35S:Qi转qi-2/-植株幼苗从外观来看与野生型形态一致,主根根长与野生型没有差异,并且叶片呈绿色,叶缘光滑,Qi基因表达量也显著提高。6.p35S:Qi转qi-2-/-植株未出现异常的细胞死亡现象。7.p35S:Qi转qi-2-/-植株叶绿素含量测定发现其叶绿素b含量略高于野生型,叶绿素a含量与野生型相比无明显差异。8.p35S:Qi转qi-2-/-植株主根分生区皮层细胞数目与野生型无明显差异,且主根维管木质部发育正常。9.p35S:Qi转qi-2-/-植株中种子大部分发育正常,只有个别发育异常,整体上与野生型一致.10.p35S:Qi转qi-2-/-植株中异常发育胚胎在不同发育时期所占比例较低,与野生型胚胎发育情况基本一致。11.对pQi..Qi-GUS转基因植株进行GUS信号检测,确定Qi基因在拟南芥根分生区及维管部分、叶片维管以及气孔、花和胚中均有表达。综上所述,本研究运用多种细胞生物学、分子遗传学、植物生理学等技术方法确认Qi基因参与拟南芥多个生长发育过程,尤其是参与植物胚的发育过程。对Oi表达分析也发现Qi在拟南芥的不同组织以及胚发育的各个时期均有表达。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要缩略词汇表
• 第1章 文献综述
•   1.1 拟南芥的研究现状
•     1.1.1 拟南芥的生物学特性
•     1.1.2 拟南芥种子及胚胎发育
•     1.1.3 拟南芥根发育及调控研究
•     1.1.4 植物白化现象研究现状
•   1.2 本研究的目的与意义
• 第2章 材料与方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 植物材料
•     2.1.2 载体及菌株
•   2.2 实验仪器
•   2.3 实验试剂及药品
•     2.3.1 常用试剂
•     2.3.2 常用培养基及试剂配方
•   2.4 实验方法
•     2.4.1 材料培养
•     2.4.2 载体构建和转基因植物的获得
•     2.4.3 突变体基因型鉴定及表型分析
•     2.4.4 基因表达分析
•     2.4.5 基因表达量检测
• 第3章 实验结果与分析
•   3.1 突变体表型分析
•     3.1.1 Qi基因突变体基因型鉴定及生长情况
• -/-纯合突变体主根分生区皮层细胞及维管发育表型分析'>    3.1.2 qi-2^-/-纯合突变体主根分生区皮层细胞及维管发育表型分析
• -/-纯合突变体叶片白化表型分析'>    3.1.3 qi-2^-/-纯合突变体叶片白化表型分析
• +/-杂合突变体种子及胚胎发育表型分析'>    3.1.4 qi-2^+/-杂合突变体种子及胚胎发育表型分析
• -/-植株表型分析'>  3.2 p35S:Qi转qi-2^-/-植株表型分析
• -/-植株生长情况及Qi基因表达量检测'>    3.2.1 p35S:Qi转qi-2^-/-植株生长情况及Qi基因表达量检测
• -/-植株主根分生区皮层细胞及维管发育表型分析'>    3.2.2 p35S:Qi转qi-2^-/-植株主根分生区皮层细胞及维管发育表型分析
• -/-植株叶片表型分析'>    3.2.3 p35S:Qi转qi-2^-/-植株叶片表型分析
• -/-种子及胚胎发育表型分析'>    3.2.4 p35S:Qi转qi-2^-/-种子及胚胎发育表型分析
•   3.3 基因表达模式及表达谱分析
•     3.3.1 Qi基因在拟南芥多个组织和器官中表达
•     3.3.2 Qi基因在拟南芥胚发育多个阶段均有表达
• 第4章 讨论
•   4.1 Qi参与拟南芥多个器官的发育
•   4.2 Qi基因表达模式分析
• -/-植株互补qi-2^-/-表型'>  4.3 p35S:Qi转qi-2^-/-植株互补qi-2^-/-表型
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蒋文倩

导师: 王喆之,王国栋

关键词: 拟南芥,叶片白化,胚胎发育

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 陕西师范大学

分类号: Q943.2

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000972

总页数: 70

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