拟南芥内源油菜素内酯对开花时间的影响及机理研究

论文摘要

植物开花时间的调控一直是植物发育生物学的研究重点。开花决定过程作为植物从营养生长向生殖生长的过渡阶段,直接影响植物生育期的早晚、植物授粉及种子发育的最佳时间,因此它与植物作物产量以及品质密切相关,其研究对农业和园艺生产具有重要的指导意义。植物的开花转变是由很多外界环境信号和植物体内诸多因子相互作用的结果。根据影响开花时间的突变体对环境因子的反应,结合遗传分析,在双子叶模式植物拟南芥中已确定至少存在4条途径影响开花时间,包括响应环境信号的光周期途径和春化途径,以及感受自身发育状况的自主调控途径和响应内源激素信号的赤霉素途径。另外,一些环境信号如温度、湿度、光质、光量、内源脱落酸和乙烯等被逐步发现参与开花时间的调控。尽管有这些突破性的研究结果,但还有很多调控成花诱导的因子亟待发现和研究。油菜素内酯（BR）是一类类固醇激素,被发现存在于很多种植物体内,调控很多重要的生长发育功能,目前被认为是植物体内的第六大激素。拟南芥的很多BR合成突变体和信号途径突变体均表现为延长营养生长和推迟开花时间,但BR对开花时间的调控机理却鲜见报道。本文主要对照BR突变体与野生型,分析了BR对开花调控的一些机理,结果如下：1拟南芥内源BR含量影响开花时间。研究发现BR-def icient mutants det2在长短日下推迟开花时间,外施24-表油菜素内酯能恢复det2的开花表型,而且野生型拟南芥在外施24-表油菜素内酯后能加快生长发育和开花时间。2拟南芥内源BR对开花诱导的光周期途径影响不显著。通过比较det2与col野生型中光周期关键基因的转录水平,发现开花整合基因FT和SOC1受内源BR含量变化的影响显著,光周期途径的其他基因变化不显著。3 BR和PHYA共同调控叶形的生长发育。研究表明,内源BR含量影响PHYB的转录水平,对PHYA影响不显著,但phya在外施24-表油菜素内酯后叶形发生明显变化。4拟南芥内源BR不通过自主途径和春化途径影响开花诱导。通过比较det2与col野生型中FLC的转录水平,发现BR含量对FLC的转录水平在长日生长条件下略有影响,在短日下则不显著。因为FLC是自主途径和春化途径最关键的抑制因子,而进一步的春化反应对det2开花促进影响不显著以及BR含量对FCA转录水平影响较小,都说明BR不影响自主途径和春化途径。5拟南芥内源BR不影响GA3途径对非诱导短日光周期的开花调控功能。在短日条件下det2外施GA3后,开花时间恢复至与野生型外施GA3,的时间相当,6通过亚细胞共定位分析,表明BR信号途径下游BZR1与开花抑制因子SVP共定位于细胞核中。7拟南芥内源BR通过信号下游BZR1与开花途径抑制因子SVP相互作用。BIFC分析中荧光信号的出现表明BZR1与SVP存在互作,SVP是BR信号与开花时间调控网路的一个连接点。总结以上研究结果,说明内源BR含量对拟南芥的四条主要开花途径影响不显著,可能是一条单独的开花时间调控途径。本研究对油菜素内酯调控拟南芥开花时间的功能进行了初步探索,不仅是对拟南芥开花时间调控网络的完善和对油菜素内酯功能的扩充,同时为植物发育生物学的成花诱导机理提供了科学依据和理论支撑。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1 拟南芥开花时间调控的分子机制
• 1.1 开花诱导的光周期途径（Photoperiodic pathway）
• 1.2 开花诱导的春化途径（Vernalization pathway）
• 1.3 开花诱导的自主调控途径（Autonomous pathway）
• 1.4 开花诱导的赤霉素调控途径（Gibberellins pathway,GA）
• 1.5 不同开花途径的相互联系
• 2 油菜素内酯的生理作用及信号转导机制
• 2.1 油菜素内酯的生理作用
• 2.2 油菜素内酯的生物合成途径
• 2.3 油菜素内酯的信号转导途径
• 3 油菜素内酯与拟南芥开花时间的关系
• 3.1 油菜素内酯调控拟南芥开花时间的生理表现
• 3.2 油菜素内酯调控拟南芥开花时间的分子机理
• 3.2.1 CPD基因与开花调控
• 3.2.2 BRI1基因与开花调控
• 3.2.3 BES1基因与开花调控
• 4 本研究的立论依据和目的意义
• 第二章 材料与方法
• 1 实验材料
• 1.1 植物材料
• 1.2 菌株和质粒
• 2 实验方法
• 2.1 植物材料的种植与培养
• 2.2 开花时间统计
• 2.3 突变体筛选和鉴定
• 2.4 激素处理
• 2.4.1 赤霉素处理
• 2.4.2 24-表油菜素内酯处理
• 2.5 Real-time PCR分析
• 2.6 SqRT-PCR分析
• 2.7 RNA提取与目的基因克隆
• 2.7.1 RNA提取
• 2.7.2 目的基因克隆
• 2.7.3 PCR产物的回收、连接反应及测序
• 2.8 载体构建
• 2.8.1 质粒提取
• 2.8.2 LR连接反应
• 2.8.3 农杆菌感受态细胞制备
• 2.8.4 转化
• 2.8.5 鉴定
• 2.9 亚细胞共定位分析
• 2.10 bimolecular fluorescence complementation（BiFC）分析
• 第三章 实验结果与讨论
• 第一节 BR对拟南芥开花表型的影响及det2开花表型的恢复
• 1 BR-related mutants在长日和短日下推迟开花时间
• 2 外施24-表油菜素内酯恢复了拟南芥det2的开花表型
• 2.1 24-EBR浓度的确定
• 2.2 外施24-EBR恢复了det2的开花表型
• 3 外施24-表油菜素内酯加快了拟南芥野生型的开花表型
• 4 讨论
• 第二节 BR对开花调控关键基因的影响
• 1 BR对光周期途径基因的影响
• 1.1 BR对光周期途径下游基因的影响
• 1.2 BR对光敏色素表达的影响
• 2 BR对自主途径FLC基因的影响
• 2.1 FLC转录水平的变化分析
• 2.2 BR对春化途径的影响
• 3 BR对赤霉素途径影响
• 4 外施BR对野生型拟南芥开花基因的影响
• 5 讨论
• 第三节 BR对SVP的影响和互作分析
• 1 BR缺失突变体det2增加了SVP的转录水平
• 2 BR信号途径突变体影响SVP的转录水平
• 3 SVP与BZR1互作分析
• 3.1 SVP与BZR1的亚细胞共定位分析
• 3.2 SVP与BZR1的BIFC互作分析
• 4 讨论
• 第四章 结论与展望
• 1 主要结论
• 2 研究展望
• 参考文献
• 博士期间完成的其它工作
• 1 拟南芥花的形态观察
• 2 拟南芥花粉外形及花粉萌发率分析
• 攻读博士学位论文期间的研究成果
• 致谢