PH-START1对拟南芥生长发育的调控作用

摘要

植物的生长发育是一个开放系统。首先，种子萌发形成幼苗，又不断发育形成新的器官，如根、茎、叶、花、果实、种子，它们都是植物特定发育阶段的产物。植物的营养生长转向生殖发育是植物生长到一定阶段后才完成的，对于多数植物来讲，其调控过程非常复杂。
　　PH-START1(At2g28320)是拟南芥START(the lipid/sterol-binding StAR-related lipid transfer protein domains)结构蛋白家族成员，已知含有START结构域的蛋白在植物生长发育过程中起着重要作用。PH-START1除含有START结构域外，还含有PH结构域，在调控植物生长发育方面的功能未知。本文探究了PH-START1对拟南芥生长发育的调控作用，为阐明和促控植物生长发育提供理论依据，主要结果如下:
　　1.PH-START1的表达模式分析
　　(1)Real-time PCR结果表明，PH-START1在拟南芥的根、叶、花、角果中都有表达，其中在幼苗期的根中表达量最多，在成苗期根中表达量逐渐减少;莲座叶中第6片莲座叶表达量最多，然后随着发育时间的延长逐渐减少;在花的发育过程中，随着花发育时间延长，PH-START1的表达量逐渐增多;授粉后3-5d的角果中PH-START1的表达量最高，然后表达量逐渐降低，到授粉后9d角果中PH-START1表达量又略有增加;花中，PH-START1在雄蕊中的表达量最高、其次是花瓣、萼片，在雌蕊中表达量最少。
　　(2)组织定位结果，PH-START1在拟南芥幼苗期根中表达量较高，在成株期的花药中PH-START1表达量较高。
　　(3)亚细胞定位结果，PH-START1主要定位在细胞质膜上。
　　2.PH-START1生物学功能分析
　　对PH-START1功能获得(过表达，OE)和缺失（T-DNA插入，ph-start1）的转基因拟南芥表型进行观察，分析PH-START1在调控拟南芥生长发育中的功能，发现:
　　(1)PH-START1对营养生长具调控作用。过表达PH-START1拟南芥营养生长受到明显的抑制，地上部株型矮小、茎细弱、叶片明显变小，地下部根系发育也受到明显的抑制;PH-START1表达量下降会促进拟南芥的生长发育。
　　(2)PH-START1对生殖生长具调控作用。过表达PH-START1拟南芥花序花蕾数明显减少;ph-start1的花蕾数略有增加;过表达PH-START1拟南芥的花瓣对称性减弱，雄蕊仅剩4个长雄蕊，2个短雄蕊发育受阻;ph-start1中花瓣也存在不对称性，2个短雄蕊的发育增强;过表达PH-START1拟南芥角果明显短小，果荚内种子排列稀疏散乱，种子数目和百粒重减少，干瘪、畸形，萌发率极低;ph-start1角果变大，种子排列整齐，种子数目和百粒重增加，种子饱满，形状规则，正常萌发。
　　(3)PH-START1对花粉发育具调控作用。过表达PH-START1拟南芥花中雄蕊的花粉囊发育畸形，花粉粒内容物减少，呼吸强度和淀粉含量明显降低，精细胞核发育受抑制，花粉的萌发和花粉管的伸长均受到抑制。
　　(4)PH-START1对种子发育具调控作用。过表达PH-START1的拟南芥，种子胚发育异常，授粉后3-5d与野生型胚发育相似，能正常形成球形胚和心形胚，但授粉后7-8d不能像野生型一样形成鱼雷形胚和马蹄状的子叶胚，在授粉后9d种子中没有成熟的胚;ph-start1种子的发育过程较野生型延迟，种子能形成成熟的胚。
　　3.PH-START1调控种子发育的分子机制
　　为明确PH-START1调控种子发育的分子机制，本研究对PH-START1与种子发育3条调控途径（IKU途径、泛素化途径、转录因子调控途径）中关键基因的调控关系进行了分析，结果发现过表达PH-START1会抑制IKU途径中SHB1、MINI3、IKU2的表达，诱导泛素化途径中DA1的表达，抑制转录因子途径中TTG2、AP2基因的表达，说明PH-START1对3条调控种子发育的途径均有重要的调控作用。

目录

声明

摘要

缩写词表

1 引言

1．1 START蛋白家族

1．2 PH-START蛋白亚家族

1．3 PH-START结构域蛋白研究进展

1．4 花发育的研究进展

1．4．1 花发育过程

1．4．2 植物不育或育性较低的原因

1．4．3 雄蕊和花粉的发育调控研究

1．5 种子发育的研究进展

1．5．1 种子发育过程

1．5．2 种子发育调控研究

1．6 本研究拟解决的问题

2 材料与方法

2．4 主要仪器

2．5 植物培养基、抗生素、营养液、染色液

2．5．1 培养基

2．5．2 抗生素

2．5．3 拟南芥营养液

2．5．4 GUS染色液

2．6 引物设计

2．7 生物信息学分析PH-START1基因的表达特性

2．10 PH-START1基因的组织定位分析

2．10．1 基因组DNA的提取

2．10．2 PH-START1组织定位载体的构建

2．10．3 浸花法转化野生型拟南芥

2．11 PH-START1基因的亚细胞定位分析

2．11．3 激光共聚焦显微镜下PH-START1-GFP亚细胞定位分析

2．13 PH-START1缺失突变体转基因拟南芥的创制

2．14 PH-START1过表达和缺失突变体转基因拟南芥表型分析

2．14．5 PH-START1花粉细胞核染色

2．16 PH-START1基因缺失突变体中同源基因的表达量变化

3 结果与分析

3．1．3 PH-START1二级结构预测

3．1．5 PH-START1启动子作用元件分析

3．2 PH-START1表达模式分析

3．2．2 PH-START1组织定位分析

3．2．3 PH-START1亚细胞定位分析

3．3 拟南芥中PH-START1的生物学功能分析

3．3．1 PH-START1过表达OE转基因拟南芥的创制

3．3．2 PH-START1缺失突变体转基因拟南芥的创制

3．3．3 PH-START1转基因拟南芥表型分析

3．4 PH-START1转基因拟南芥生殖生长的机制研究

3．4．2 PH-START1对花粉活力的影响

3．4．3 PH-START1对种子发育的影响

3．4．4 PH-START1对种子结构的影响

3．4．5 PH-START1与种子发育相关基因的调控关系分析

3．4．6 PH-START1缺失突变体中同源基因表达量分析

4 讨论

4．3 PH-START1参与种子发育调控研究

5 结论

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢

附录