拟南芥耐旱突变体lew2和abo1的筛选、基因克隆及其功能分析

论文题目: 拟南芥耐旱突变体lew2和abo1的筛选、基因克隆及其功能分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 植物学

作者: 陈智忠

导师: 巩志忠

关键词: 拟南芥,干旱胁迫,突变体,突变体

文献来源: 中国农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 干旱胁迫是限制世界作物生产的主要环境因子之一。研究植物响应干旱胁迫的细胞和分子机制,能够为植物抗旱的定向育种创造条件。利用植物干旱遗传学筛选体系,我们在拟南芥中分离得到了两类耐旱突变体,在水分胁迫条件下,这些突变体表现出抗旱的表型。其中,一类突变体为lew2（leaf wilting2）,包含两个等位突变体:lew2-1和lew2-2:另一类是abol（ABA overly-sensitive）,包含四个等位突变体:abol—1、abol—2、abol—3和abol—4。 基因定位结果显示lew2的突变基因是AtCesA8/IRX1基因的一个新的等位基因,该基因编码纤维素合成酶复合体的一个亚基。调控着植物体内次生细胞壁纤维素的合成。以前发现的拟南芥中几个位点的隐性突变导致了木质部萎陷的表型,但没有观察到水分运输的缺失。我们发现了lew2突变体的叶子在高蒸腾条件下出现萎焉,而在同样条件下野生型植株不受任何影响。经检测发现lew2植株的茎中流出的伤流量只有野生型的一半,它暗示了lew2植株中由于木质部的萎陷而阻止了水分运输。使植物在正常条件下就处于一种干旱胁迫状态,它可以转换为一种信号诱导植物从形态、生理以及分子水平上采取应急措施,适应这种干旱胁迫。同时,由于植物体内纤维素合成的过程受到阻碍,从而反馈调节上游蔗糖等可溶性糖的积累,使受糖诱导的ABA生物合成基因ABA2/SDR1得以表达。进而增加ABA的合成。ABA作为一种胁迫信号可诱导激活植物体内的渗透调节机制,提高植物的渗透调节能力,以适应这种水分（干旱）胁迫。试验结果表明lew2植株比野生型体内积累的ABA、脯氨酸和可溶性糖要多,而具有较强的耐渗透和干旱胁迫能力。在正常生长条件下,lew2体内的胁迫诱导基因RD29A、P5C5表现为组成性表达,而野生型则表达量少甚至不表达。我们的实验结果表明AtCesA8基因的功能在于防止木质部萎陷以保持植物体内适当的水分运输,调节纤维素与可溶性糖的合成比例以提高植物的渗透调节能力。同时,由木质部萎陷引起的水分运输受阻可以转换为一种信号,从而控制植物保卫细胞的运动和细胞的渗透调节能力,也说明纤维素合成、细胞壁结构对于植物响应干旱、渗透胁迫是一个重要的因子。 abol突变体与植物的水分蒸腾相关。植物激素ABA在调控植物生长、发育和逆境胁迫响应中起着重要的作用。尤其对于干旱胁迫,ABA作为一个信号调控着植物叶片气孔的运动,以减少水分的蒸腾。对于光合作用吸收CO2、蒸腾作用蒸腾水分来说,由成对的保卫细胞形成气孔是一个重要的过程。在干旱胁迫中,气孔的数量直接影响到植物叶片水分散失量的大小,从而调控着植物的抗旱性能。abol突变体在水分胁迫条件下表现出抗旱的表型。研究发现ABO1基因的突变增加了气孔关闭过程对ABA信号感知的敏感性,加剧了ABA对植物生长的抑制作用。令人惊异的是,ABO1基因也调控着来源于卫星分生母细胞（SMMC）的保卫细胞的生长发育,而对产生于分生母细胞（MMC）的保卫细胞的生长发育则不起作用。利用图位克隆鉴定出ABO1基因编码一个动物IKAP（IkB Kinas-Associated Protein）的同系物蛋白。动物中的IKAP及其酵母中的同系物IKI3/ELP1是一个最大的延伸复合体亚基,在mRNA加工的延伸阶段,它调控着基因的表达。我们的研究结果揭示了在mRNA加工的延伸中ABO1基因调控着保卫细胞的生长发育、植物生长以及气孔运动过程对ABA信号的响应。

论文目录:

摘要

Abstract

缩略词表

第一章 绪论

1.1 干旱胁迫对植物生长的影响

1.2 植物抗旱的分子生物学机制

1.2.1 植物抗旱的功能基因

1.2.2 植物抗旱基因中的转录因子

1.2.3 植物体内的干旱胁迫信号传递途径

1.3 植物激素ABA对植物抗旱性的调节作用

1.4 本研究的目的和意义

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 植物材料

2.1.2 菌类材料

2.1.3 各种酶及试剂

2.1.4 植物培养材料

2.1.5 实验主要仪器

2.2 实验方法

2.2.1 遗传学类实验方法

2.2.2 植物生理学与生物化学类实验方法

2.2.3 分子生物学类实验方法

第三章 实验结果与分析

3.1 拟南芥耐旱突变体lew2的筛选、基因克隆及其功能分析

3.1.1 引言

3.1.2 lew突变体的分离

3.1.3 lew2突变体是AtCesA8／IRX1新的等位基因

3.1.4 lew2-1突变体在种子萌发和植物生长两方面均表现出较强的渗透胁迫耐受力

3.1.5 lew2-1突变体含有较高水平的ABA、脯氨酸和糖，并且胁迫相关基因的表达水平高

3.1.6 lew2-1突变体植株的生长和发育

3.2 拟南芥耐早突变体abo1的筛选、基因克隆及其功能分析

3.2.1 引言

3.2.2 abo1突变体的鉴定

3.2.3 abo1突变体在气孔关闭和幼苗生长过程中表现出对ABA的高度敏感性

3.2.4 ABO1非对称性地调控两对相邻保卫细胞的生长与发育

3.2.5 ABO1基因的图位克隆

3.2.6 ABO1编码一个动物IKAP蛋白的同系物

3.2.7 ABO1对于ABA响应基因的调节作用

第四章 实验结论与展望

4.1 lew2基因的功能分析

4.2 abo1基因的功能分析

参考文献

致谢

作者简历

发布时间: 2005-07-18

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