激素调节拟南芥离体花序发育的研究

论文摘要

多种信号均参与植物由营养生长到生殖生长的转变。在这个转变过程中,植物激素起着非常重要的调控作用。为了研究激素调节拟南芥离体花序发育的机制,首先建立了拟南芥离体花序再生系统。以拟南芥雌蕊为外植体,在含有6-BA、2,4-D的培养基上诱导愈伤组织的形成,大约25天后将愈伤组织转至含有Zeatin和IAA的培养基中诱导离体花序的产生。花序再生频率约为60%。利用半定量RT-PCR方法,对花序发育相关基因的表达进行了分析。发现愈伤组织转至分化培养基后,同源异型基因AP1、AP3、AG、LFY、TFL1、WUS、CLV1、CLV3和STM的表达先后受到诱导,而TFL2和AP2基因的表达则没有明显变化。利用pTFL1::GUS和pLFY::GUS转基因植株为材料,分析了TFL1和LFY在离体花序发育过程中表达的组织特异性。发现TFL1基因主要在具有花序轴特征的细胞,以及成熟再生花序的花序轴中表达,而LFY基因主要在即将产生花原基的区域表达,随后在成熟再生花序的花原基中表达。由于WUS和CLV3基因的表达影响拟南芥植株中花序的发育,因此对离体花序发育过程中该两个基因的表达模式进行了分析。研究结果显示,在离体花序形成早期,首先检测到WUS基因在愈伤组织内部的一群细胞中表达,称之为组织中心。随后在组织中心上方表面1～3层细胞中检测到干细胞特征决定基因CLV3的表达。随着花序原基的继续发育,两基因的表达均逐渐集中于花序分生组织中。利用可诱导的反义基因表达策略,抑制WUS基因表达,离体再生花序形成受到抑制。研究结果表明组织中心的细胞先于干细胞形成,WUS基因在此过程中起重要作用。花序的诱导需要生长素。在花序诱导过程中添加生长素极性运输抑制剂,不仅破坏了生长素的极性分布,还抑制了WUS基因的表达,最终不能产生离体花序。说明生长素的极性运输为干细胞形成及离体花序发育所必须。本研究结果表明,激素不仅诱导组织中心细胞及干细胞的形成,而且启动花序特征基因的表达,最终决定花序原基及花原基的产生,进而发育形成成熟的离体花序结构。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 前言
• 1.1 拟南芥的生活周期
• 1.1.1 拟南芥的营养生长
• 1.1.2 拟南芥的生殖生长
• 1.2 激素对植物生长发育的调节
• 1.2.1 生长素的信号转导及其极性运输对植物生长发育的调节
• 1.2.2 细胞分裂素的信号转导以及其对植物生长发育的调节
• 1.3 离体实验系统的研究现状和意义
• 1.4 课题研究思路
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 植物材料
• 2.1.2 菌株和质粒
• 2.1.3 酶和生化试剂
• 2.1.4 PCR 引物
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 拟南芥组织培养
• 2.2.2 pLFY::GUS 表达载体的构建
• 2.2.3 pCLV3::GUS 表达载体的构建
• 2.2.4 pWUS::GUS 表达载体的构建
• 2.2.5 antiWUS-pER8 表达载体的构建
• 2.2.6 半定量RT-PCR 分析
• 2.2.7 GUS 染色分析
• 2.2.8 植物组织石蜡切片的制作和观察
• 3 结果与分析
• 3.1 以雌蕊为外植体的离体花序再生系统
• 3.1.1 激素诱导拟南芥离体花序再生系统的建立
• 3.1.2 花序再生过程的形态学观察
• 3.1.3 花序诱导过程中相关基因的表达分析
• 3.1.4 LFY 和TFL1 在离体花序再生过程中的表达模式
• 3.1.5 干细胞的形成——CLV3 与WUS 基因的表达分析
• 3.1.6 生长素极性运输在花序再生过程中的作用
• 3.2 以花序轴为外植体的离体花序再生系统
• 3.2.1 花序再生系统的建立
• 3.2.2 花序诱导过程中LFY 基因的表达分析
• 4 讨论
• 4.1 外植体的种类和年龄影响离体器官的分化
• 4.2 两种以花序轴为外植体的花序再生系统的比较
• 4.3 以花序轴为外植体的两步花序再生系统和以雌蕊为外植体的花序再生系统的比较
• 4.4 激素通过调节器官特征决定基因的表达而诱导花序再生
• 4.5 干细胞对拟南芥离体花序再生起重要作用
• 5 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表论文情况
• 致谢