ABA调控拟南芥根系形态建成突变体raal-1的表型分析与基因克隆

摘要

植物的根系以其相对简单的结构和极其复杂的构型成为研究植物发育可塑性的良好材料，也成为研究ABA作用机理的新模型。ABA是一种活泼而复杂的植物激素，不仅调控了植物体内许多重要的生命活动，还广泛参与各种生物和非生物胁迫的应答反应。有关激素调控根系形态建成的研究主要集中在生长素方面，而对于ABA在根系生长发育过程中的作用则研究较少。尽管遗传及分子研究已经揭示了ABA在根尖分生组织的形成及生长中具有重要作用，但具体的调控机制还有待完善。因此我们设想采用反向遗传学的手段来研究ABA在植物根系建成中的作用。
　　 我们用ABA筛选到了一株EMS诱变的主根短、侧根少的拟南芥根系建成突变体，命名为rαα1-1(root architecture in response to ABA)，该突变体表型为主根短，侧根少。研究表明：外源ABA可以部分恢复突变体rαα1-1在根系构型方面的缺陷，使其主根长度和侧根数目接近于野生型。通过分析不同因子处理对根系构型的影响，发现干旱胁迫、氧化胁迫及各种激素处理下突变体的根构型变化与野生型(wide tipe，WT)无明显差异。这说明突变体rαα1-1的根系构型对ABA的反应是相对专一的。而我们还发现外源高浓度的葡萄糖处理却能恢复rαα1-1在主根和侧根方面的表型缺陷，这暗示：葡萄糖可能参与了ABA对拟南芥根构型的调控。萌发、失水、红外等ABA经典反应的研究表明：突变体在正常生长状态下萌发比WT迟缓，失水速率比WT快，叶面温度比WT低。这些现象显示：RAA1基因突变后突变体中各种受ABA调控的生理反应均受到了影响。此外，研究还发现突变体植株的颜色比WT浅，呈黄绿色。这一系列的表型为我们分析突变体的遗传背景及图位克隆材料的获得提供了可靠的依据。
　　 同交实验表明：rαα1-1为单基因隐性突变体。图位克隆结果表明：突变体rαα1-1的各种表型是由于基因编码区225 bp处的碱基突变导致蛋白的合成提前终止所致。突变基因RAA1编码了一个假尿嘧啶合酶，该酶定位在叶绿体及其他质体中，不仅催化了RNA特定位点处尿嘧啶的异构化，还参与rRNA的正确剪切与加工。鉴定获得了与rαα1-1表型一致的T-DNA插入纯合突变体rαα1-2，进一步证明了突变体的表型是由ATRAA1基因突变引起的。我们还构建了超表达载体，利用农杆菌介导的转化法进行拟南芥花序的浸染转化实验，转基因材料的获得将有助于更好的阐明基因的功能。
　　 本实验说明ABA参与调控了突变体rαα1-1的根系构型，并且该过程可能有糖信号的参与。突变体rαα1-1是单基因引起的隐性突变，突变体中RAA1基因所编码的蛋白生物活性丧失，将影响了RNA的正常加工、拼接、稳定和降解，可能使各种受ABA调控的生理反应出现异常，进而使突变体表现出一系列ABA相关表型。