水稻ARL1基因在拟南芥内的功能及分子机制研究

论文摘要

根系是植物对土壤信号感知以及养分、水分吸收的重要器官。直根系植物如拟南芥根系一般由主根、侧根构成,单子叶禾本科须根系植物如水稻、大麦、小麦和玉米等除形成以上两种根之外,还能够发生不定根。比较单、双子叶模式植物水稻、拟南芥的根构型,我们可以发现水稻在整个发育阶段拥有大量持续发生的不定根,而拟南芥在整个生长过程中基本不发生不定根。ARL1基因是一个调控水稻不定根原基形成的转录因子,但ARL1的调控机制尚不为所知。我们利用ARL1基因的拟南芥转基因植株进行研究发现以下几个结论:1.ARL1能够诱导拟南芥胚轴发生不定根。ARL1启动子融合GUS报告基因转基因植株显示,拟南芥中ARL1基因主要表达在中柱、维管,且受到生长素的诱导。ARL1超表达植株表现出地上部器官短小,早期侧根旺盛发生和种子根较强的伸长能力。超表达植株中KNOX家族基因上调。对转基因植株切片显示ARL1的超表达使得胚轴内皮层缺失,转基因植株的不定根发生自胚轴内临近木质部的中柱鞘细胞。2.ARL1超表达植株对外源细胞分裂素不敏感,侧根发生数量和叶片生长都较野生型强,但不定根的发生能力明显下降。超表达植株中细胞分裂素信号途径相关基因表达发生改变,细胞周期相关基因表达也上调。3.ARL1超表达植株侧根发生对NPA的不敏感,但是不定根的发生受到强烈抑制,且种子根长对NPA较为敏感。PIN基因在NPA处理下没有发生变化。我们用NAA、IAA和2,4-D处理野生型（Col-0）材料,都无法诱导与转基因植株类似的不定根发生。而这三种外源生长素对转基因植株不定根的发生都有较明显的抑制效果,但在0.005μM和0.01μM 2,4-D处理下超表达植株不定根发生的数目得以恢复。通过DR5∶∶GUS标记株系还发现超表达植株不定根发生过程中生长素在胚轴积累。

论文目录

• 致谢
• 缩略语
• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.LOB（lateral organ boundaries）结构域蛋白
• 1.1.LOB结构域特点
• 1.2.LOB结构域基因生理功能研究进展
• 1.3.LOB结构域蛋白分子功能研究进展
• 2.细胞分裂素和生长素激素信号途径
• 2.1.细胞分裂素
• 2.2.生长素
• 3.不定根原基发生与激素的关系
• 3.1.不定根发生过程
• 3.2.根原基发生与激素的关系
• 4.不定根突变体的研究
• 第二章 转基因植株的发展和鉴定
• 1.材料与方法
• 1.1.材料
• 1.2.方法
• 1.2.1.ARL1相关转基因载体构建
• 1.2.2.拟南芥转基因
• 1.2.3.转基因植株RT、拷贝数以及纯合株系鉴定
• 1.2.4.ARL1转基因植株表型研究
• 1.2.5.ARL1启动子在拟南芥中的表达研究
• 1.2.6.ARL1超表达植株表型研究及相关基因表达分析
• 1.2.7.转基因植株细胞水平研究
• 2.结果与分析
• 2.1.转基因植株鉴定
• 2.2.ARL1转基因植株不定根发生研究
• 2.3.ARL1启动子表达特点
• 2.4.ARL1超表达植株表型研究及相关基因表达分析
• 2.4.1.ARL1超表达植株不定根发生研究
• 2.4.2.ARL1超表达植株促进种子根伸长和侧根发生
• 2.4.3.ARL1超表达植株生长后期表型
• 2.4.4.ARL1超表达植株中KNOX类基因表达变化
• 2.5.转基因植株组织学水平研究
• 2.5.1.转基因植株胚轴组织学研究
• 2.5.2.转基因植株不定根发生的组织学特征
• 2.5.3.转基因植株根系组织形态学研究
• 3.小结
• 第三章 ARL1与CTK的关系
• 1.材料与方法
• 1.1.材料
• 1.2.方法
• 1.2.1.ARL1超表达植株对细胞分裂素的响应
• 1.2.2.ARL1超表达植株内细胞分裂素信号途径基因表达检测
• 1.2.3.ARL1超表达植株细胞周期相关基因表达检测
• 1.2.4.ARL1超表达植株内侧根发生相关基因表达检测
• 2.结果与分析
• 2.1.ARL1超表达植株对细胞分裂素不敏感
• 2.2.ARL1超表达植株内细胞分裂素信号途径基因检测
• 2.3.ARL1超表达植株内细胞分裂周期相关基因表达检测
• 2.4.ARL1超表达植株中侧根发生相关基因的表达检测
• 3.小结
• 第四章 ARL1与生长素信号的关系
• 1.材料与方法
• 1.1.材料
• 1.2.方法
• 1.2.1.转基因植株对生长素极性运输抑制剂的响应
• 1.2.2.转基因植株对生长素的响应
• 1.2.3.AtPINs基因在ARL1超表达植株中的表达检测
• 1.2.4.ARL1超表达植株胚轴生长素分布的检测
• 2.结果与分析
• 2.1.ARL1超表达植株对生长素极性运输抑制剂的反应
• 2.2.AtPINs等基因在ARL1超表达植株中的表达检测
• 2.3.生长素对不定根发生的影响
• 2.4.ARL1超表达植株胚轴内生长素的分布变化
• 3.小结:
• 第五章 结论与展望
• 1.结论
• 2.展望
• 参考文献