局部硝酸盐诱导玉米根系基因表达的微阵列分析

摘要

植物根系可以对土壤养分做出响应，通过相应的生理与形态变化以适应土壤环境的变化。在局部硝酸盐供应条件下，根系的重要反应之一是侧根生长发育受到促进，但其机理仍不清楚。以玉米自交系478为材料，本研究首先建立了用于研究根系对局部供氮反应的水培分根培养体系，在此基础上，利用美国NSF项目开发的含57425个longO1igonucelotide的玉米基因芯片(包涵30000多个可确定的玉米基因)，以不供氮素为对照，分析了短期(1h)及长期(3d)局部硝酸盐诱导玉米根系的基因表达谱。对所得上调表达基因功能分类，并对6个激素相关基因进行RT-PCR验证。主要结果如下： (1)局部硝酸盐可以刺激侧根伸长，但不影响侧根密度，pH5或pH7对刺激效果没有影响，局部供应相同浓度的铵不能显著促进侧根伸长及密度。说明，硝酸盐本身可以调节根系发育。 (2)局部硝酸盐处理1h后，共有200个基因表达上调，主要包括激素相关基因(4个)、细胞分化与生长基因(5个)、ROS及电子传递基因(16)、跨膜运输基因(12)、呼吸与碳氮代谢基因(31)、信号转导基因(20)、逆境反应基因(1)、其它功能基因(37)和未知功能基因(80)。说明局部硝酸盐可以在很短的时间内就能诱导大量根内基因的表达，并且植物这种早期的响应主要集中在细胞壁以及细胞骨架相关的一些变化。 (3)局部硝酸盐处理3d后，共有485个基因表达上调，也是主要包括上述几类，依次有8、14、14、8、24、25、21、134、237个。与1h相比，3d后上调基因更多更复杂，尤其是有大量未知功能基因受到诱导，说明局部硝酸盐长时间诱导后，植物体内的变化更为复杂，形成的反应网络更为庞大。 (4)RT-PCR验证实验表明：生长素响应因子7b在硝酸盐诱导3d后表达明显上调；同为乙烯受体的TM00034403和TM00042292的表达模式相同，都表现为1h后下调，3d后上调；CKX2在硝酸盐诱导lh后表达没有变化，在诱导3d后，供给硝酸盐和对照一侧的表达也没有差异，但是，值得注意的是，无论是有硝酸盐供应的一侧还是对照一侧，1h后的表达要比3d明显高出很多。 根据以上实验结果，本文认为，局部硝酸盐诱导的侧根生长过程涉及一系列基因参与的协调过程，硝酸盐可能通过生长素及乙烯信号转导、细胞分裂素水平的下调、细胞壁特性的改变等过程调节侧根细胞的分裂与伸长；通过糖分的运输、氮同化活性及呼吸活性增强使被刺激部分形成一个同化物的“库”，二者的结合促进了侧根的生长。对相关基因的原位表达分析，有助于深入了解局部硝酸盐刺激侧根生长的分子机制。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章国内外研究现状

第二章不同pH条件下局部供应硝态氮及铵态氮对玉米根系形态的影响

第三章局部供应硝酸盐后玉米根系中基因表达及部分候选基因验证

第四章结论与展望

参考文献

附录

致谢

作者简历