细胞分裂素抑制拟南芥侧根起始及调控根系发育的分子机理研究

论文摘要

细胞分裂素（CTK）是一种重要的植物内源激素，调控植物生长发育的各个方面，包括CTK对植物根系统发育的控制作用。本文中我们主要研究了外源CTK调控模式植物拟南芥幼苗侧根起始及发育的生理与分子机理，同时也对外源CTK在幼苗主根和根毛发育方面的控制作用做了简要的分析，得到如下结论：1．外源施加CTK抑制拟南芥主根的伸长和侧根的起始，但促进侧根的延伸和根毛的发生发育。2．外源CTK通过抑制根分生组织细胞分裂和减小主根成熟区皮层细胞的大小缩短主根的长度；而CTK处理后略微缩小的根分生组织区域也对主根的延伸起到一定的抑制作用。3．外源CTK抑制侧根的起始，但并没有改变中柱鞘细胞的身份，而是阻断细胞越过细胞周期循环的G2到M过渡期，因此不能进入细胞分裂。产生这种细胞周期停滞的原因是在侧根起始过程中，CTK同时下调了G2到M过渡期特异表达的A型和B型细胞周期蛋白（CYC），以及此过渡期特异表达的A型和B型细胞周期蛋白依赖激酶（CDK）基因的水平，可能抑制了CDK-CYC复合物的形成。外源CTK对侧根延伸的促进效应是通过激发G1到S过渡期特异的D型CYC表达活性实现的。4．不同浓度外源生长素的施加均不能回复CTK对侧根起始的抑制效应，同时生长素受体突变体tir1和3个转运突变体aux1，eir1和axr4均保持对CTK抑制的敏感性，而且CTK在侧根起始的中柱鞘细胞周期循环中调控G2到M期过渡，这与生长素调控G1到S期的过渡是不同的结点。因此，CTK对拟南芥侧根起始的抑制和生长素对侧根起始的促进可能是通过两条不同的调控途径介导的。5．CTK对侧根起始的抑制信号是通过CTK的双元信号系统传导的，并且仅通过受体CRE1介导。6．在根毛的发生发育中，CTK与生长素存在相互累加的促进作用。

论文目录

• 致谢
• 缩略语表
• 摘要
• 第一章 文献综述
• 第一部分 细胞分裂素在植物生长发育中作用机理研究进展
• 引言
• 1.1 细胞分裂素的生物合成和代谢
• 1.1.1 细胞分裂素的生物学合成
• 1.1.2 细胞分裂素的代谢
• 1.2 细胞分裂素在植物愈伤组织分化和地上部生长发育中的作用
• 1.3 细胞分裂素在植物根系统发育中的作用研究进展
• 1.3.1 CTK对植物根顶端优势的调控作用
• 1.3.2 CTK对植物主根伸长生长的调控作用
• 1.3.3 CTK对植物不定根发育的调控效应
• 1.3.4 CTK对植物侧根发育的调控作用
• 1.4 CTK对细胞周期进程的调控
• 1.5 CTK的信号转导系统及其与植物生长发育间关系
• 1.5.1 CTK的双元信号转导系统
• 1.5.2 拟南芥CTK双元信号系统受体成员（AHKs）与植物的生长发育
• 第二部分 拟南芥侧根发育的分子机理研究进展
• 2.1 拟南芥侧根起始和发育的过程
• 2.2 参与调控拟南芥侧根起始过程的因子及作用的分子机理
• 2.2.1 植物激素对侧根起始过程的调控
• 2.2.2 营养元素和环境因子对LRI的影响和调控
• 2.2.3 在侧根起始过程中的细胞周期调控
• 2.2.4 侧根起始的遗传分析—参与调控侧根起始过程的基因
• 2.3 参与调控拟南芥侧根原基发育过程的因子及作用机理
• 2.3.1 植物激素对侧根原基发育过程的影响
• 2.3.2 营养元素和环境因子对侧根原基发育的影响和调控
• 2.3.3 参与调控侧根原基发育过程的基因
• 第三部分 生长素在调控根系统发育中的作用机制研究进展
• 3.1 生长素对植物主根发育的调控作用
• 3.2 生长素对侧根形成及发育的促进和决定作用
• 3.3 生长素对根毛分化和发育的促进作用
• 第四部分 CTK与生长素在植物发育中的相互作用研究进展
• 4.1 在合成中,细胞分裂素与生长素之间的相互作用
• 4.2 CTK和生长素在调控根系统维管组织分化中的相互作用
• 4.3 在细胞周期调控中,CTK与生长素之间的相互作用
• 4.4 生长素和CTK在调控侧根起始过程中的相互作用
• 第二章 外源CTK抑制拟南芥幼苗主根延伸和侧根起始,但促进侧根延伸和根毛发育
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 拟南芥种子表面灭菌
• 1.2.2 拟南芥幼苗在培养皿中的培养条件
• 1.2.2.1 基本培养基配方
• 1.2.2.2 CTK类激素的配制
• 1.2.2.3 表型观察和研究用幼苗的培养
• 1.2.3 拟南芥幼苗的观察处理
• 1.2.3.1 GUS染色及显微拍摄
• 1.2.3.2 激光共聚焦（Confocal）扫描
• 1.2.3.3 主根及侧根长度的测定
• 1.2.3.4 侧根原基的显微拍摄
• 1.2.3.5 根毛的观察和拍照
• 2.结果与分析
• 2.1 外源CTK抑制拟南芥主根伸长及侧根形成,但促进根毛发生发育
• 2.2 CTK抑制主根伸长的生理学机制
• 2.3 外源CTK通过阻断中柱鞘founder cells进入分裂而抑制侧根起始
• 2.4 外源CTK对已经起始的LRP没有抑制作用,反而促进侧根的延伸
• 3 小结与讨论
• 第三章 外源CTK抑制拟南芥侧根起始及促进侧根延伸的分子机理
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 拟南芥材料的准备
• 1.2.2 植物总RNA的提取
• 1.2.3 逆转录及定量实时PCR（Quantitative Real-time PCR）分析
• 1.2.3.1 第一链cDNA合成
• 1.2.3.2 定量PCR分析
• 2 结果与讨论
• 2.1 CTK通过阻断founder cells从G2到M期的过渡抑制侧根的起始
• 2.2 CTK对侧根起始的抑制是通过调控G2到M过渡期特异表达的细胞周期相关基因水平实现的;在侧根原基发育过程中,CTK通过促进G1到S的过渡激发侧根的延伸
• 2.3 CTK介导的拟南芥侧根起始抑制效应是通过CTK双元信号系统传导的
• 3 小结与讨论
• 第四章 CTK与生长素在拟南芥侧根起始及根毛发育中的相互作用
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 激素类物质的配制
• 1.2.2 幼苗的培养
• 2 结果与分析
• 2.1 外源生长素的施加不能回复CTK对侧根起始的抑制效应
• 2.2 与侧根起始相关的生长素转运及响应突变体在侧根起始上仍保持对CTK敏感性
• 2.3 CTK与生长素在根毛的发生发育上有相互累加的促进作用
• 3 小结和讨论
• 第五章 结论与展望
• 1 结论
• 2 展望
• 参考文献
• Abstract
• 攻读博士学位期间发表的论文