拟南芥和油菜磷脂酶基因pPLAIIIδ的功能分析

摘要

前人研究表明，编码磷脂酶A亚家族Ⅲ(pPLAⅢs)的基因影响生长素响应。但是，这些基因如何影响植物和细胞形态建成并不清楚。为探明pPLAⅢδ在细胞形态发生及器官大小形成中的作用，及其与生长素调节的关系，我们利用拟南芥pPLAⅢδT-DNA突变体以及拟南芥和油菜过表达植株，系统研究了pPLAⅢδ基因表达变化对植物形态学、细胞学、代谢产物及其它内源基因表达的影响。主要研究结果如下:
　　1、GUS染色结果和基因表达分析显示pPLAⅢδ在多器官中表达，但是，在根和幼嫩组织中表达水平相对较高。
　　2、蛋白质的亚细胞定位分析发现pPLAⅢδ定位于细胞膜上。
　　3、pPLAⅢδ过表达植株表现出矮小、节间缩短增粗、叶片缩小变厚等表型，表明超量表达pPLAⅢδ能够抑制植株器官的纵向生长、促进横向生长。
　　4、与野生型相比，pPLAⅢδT-DNA插入突变体的下胚轴细胞显著增长，而pPLAⅢδ过表达植物的下胚轴细胞变宽，叶片表皮的细胞极性降低。表明pPLAⅢδ参与细胞的形态发生。
　　5、pPLAⅢδT-DNA插入突变体的下胚轴表型相似于乙烯的“三重反应”。表达分析发现，在两个过表达株系中参与乙烯生物合成途径的关键基因ACS4和ACS5平均上调2.5倍，表明过表达pPLAⅢδ会影响植物中的乙烯生物合成途径。
　　6、改变pPLAⅢδ表达会影响植物内源生长素的分布。通过对pPLAⅢδ突变体的内源生长素的含量检测及DR5∷GUS材料的染色分析，发现改变PLAⅢδ表达会影响植物内源生长素的分布。
　　7、在光照和黑暗条件下，pPLAⅢδ的突变体对吲哚-3-乙酸引起的下胚轴伸长表现出不同的敏感性。黑暗中，生长素响应相关的基因表达分析表明，与WT和KO植物相比，受1μM IAA诱导12h后过表达植物仍然保持较高的生长素响应。光照条件下，10μM IAA诱导30min后生长素早期响应基因在两个过表达系中显著上调。此结果表明pPLAⅢδT-DNA插入突变体和过表达植株对生长素诱导处理的响应强度和时间长度不同。
　　8、芯片数据分析显示，pPLAⅢδ过表达植株中大量显著上调的基因富集于生长素响应途径和细胞形态发生途径。
　　9、从油菜DNA和eDNA中分别克隆到8和11条拟南芥pPLAⅢδ基因的同源序列。它们与拟南芥pPLAⅢδ基因的氨基酸序列相似度高达88％。
　　上述结果表明，pPLAⅢδ通过调节植物生长素的分布参与植物细胞形态发生和器官发育。本研究加深了我们对pPLAⅢδ生物学功能的认识，进一步明确了磷脂依赖的信号转导在植物生长素调节网络和细胞极性生长过程中的重要作用。

目录

声明

摘要

缩写词表

1 前言

1．1 磷脂酶概述

1．1．1 磷脂酶家族

1．1．2 磷脂酶水解产物的功能

1．1．3 磷脂酶的生理功能

1．2 植物激素概述

1．2．1 植物激素的种类

1．2．2 植物激素的调节

1．2．3 不同激素间的相互影响

1．3 植物细胞形态建成概述

1．4 磷脂酶和激素参与细胞的形态调控

1．5 本研究的目的和意义

2 材料和方法

2．1 实验材料

2．1．1 植物材料

2．1．2 生化试剂

2．2 试验方法

2．2．1 T-DNA纯合突变体的鉴定

2．2．2 遗传表达载体的构建

2．2．3 农杆菌介导的遗传转化与阳性植株的筛选

2．2．9 引物与测序分析

2．2．10 数据分析

3 结果与分析

3．1 pPLAⅢδ多的表达模式分析

3．2 pPLAⅢδ的亚细胞定位

3．3 pPLAⅢδ对植株生长和器官大小的影响

3．4 pPLAⅢδ影响下胚轴和表皮毛的细胞形态

3．5 pPLAⅢδ影响叶片表皮细胞的极性

3．6 pPLAⅢδ影响乙烯生物合成相关基因的表达

3．7 pPLAⅢδ影响植株内源生长素的分布

3．8 pPLAⅢδ参与生长素的响应

3．9 pPLAⅢδ突变体中参与生长素响应和细胞形态建成相关基因的表达变化

3．10 pPLAⅢδ表达变化显著改变PA含量

3．11 油菜pPLAⅢδ同源基因的克隆及序列比较

4 讨论

4．1 pPLAⅢδ的表达改变导致不同的生长素响应表型

4．2 pPLAⅢδ参与生长素依赖的极性细胞生长

4．3 pPLAⅢδ参与植物生长素响应的调节

4．4 pPLAⅢδ通过调节PA响应生长素刺激

参考文献

附录

作者在读期间发表的论文

致谢