细胞分裂素B类ARRs通过调控生长素相关基因的表达参与拟南芥离体苗的发育

摘要

细胞分裂素和生长素作为信号分子在植物生长和发育过程中起到了重要的调控作用。细胞分裂素在调节种子萌发，脱黄化，叶绿体分化，顶端优势，植物病原体作用，花及果实发育和叶片衰老等方面起作用。近几年来，建立了细胞分裂素与生长素信号转导的模型，并且大量生理学、遗传学及分子生物学的证据说明在植物发育过程中细胞分裂素与生长素相互作用的重要性。但是细胞分裂素是如何调控生长素形成其特定分布模式的分子机制仍然知之甚少。
　　 拟南芥的细胞分裂素通过其信号转导途径调节下游基因的表达，其中位于此途径最下游的响应调节因子（ARRs）主要分为三类：A类ARRs、B类ARRs和C类ARRs。其中A类ARRs负调控细胞分裂素信号转导，而B类ARRs作为细胞分裂素响应的正调节因子调控下游基因的表达。本研究通过探讨B类ARRs对生长素相关基因表达的调节作用，试图揭示细胞分裂素与生长素特定分布模式的建立的机制，研究结果将为深入理解离体苗顶端分生组织发生的分子机理提供重要资料。
　　 首先，我们利用B类ARR的单突变体以及三突变体分别诱导离体苗的再生，利用遗传学的方法研究离体苗再生过程中B类ARR反应调节因子的作用。结果显示，与对照相比，B类ARR反应调节因子的单突变体arr14和arr1,10,11三突变体苗的再生受到抑制，而其它的B类ARR反应调节因子的突变体均能在离体条件下诱导产生正常的再生苗。随后我们利用arr1,10,11三突变体为材料进行qRT-PCR实验分析，发现与对照相比生长素相关基因如ARF4、ARF5和ARF12变化比较显著；生长素合成酶相关基因中YUC1、YUC4和YUC6的表达水平明显下调。说明B类ARR对生长素相关基因的表达具有重要调节作用。
　　 为了进一步探讨B类ARR是否直接调控生长素相关基因的表达，我们对生长素响应因子ARFs、生长素合成酶相关基因YUCs、TAA1及生长素外运蛋白基因PIN1启动子序列上ARR蛋白的核心结合位点进行了详细分析。结果显示YUC2、YUC4、YUC6、ARF3、ARF5、ARF17、TAA1和PIN1的启动子序列中有分布特异的蛋白结合识别位点，提示这些基因可能是ARR蛋白因子的直接靶基因。在此基础上，我们利用酵母体外表达ARR14蛋白，并通过EMSA实验分析ARR14与生长素相关基因之间的直接相互作用。竞争及突变实验证明ARR14与ARF17、YUC4和YUC6的启动子之间存在直接的结合作用。
　　 综上所述，当愈伤组织从富含生长素的诱导愈伤培养基转入富含细胞分裂素的诱导苗分化的培养基后，高浓度的外源细胞分裂素通过B类反应调控因子与生长素相关基因启动子序列的结合正向调节这些基因的转录。极有可能正是细胞分裂素对生长素的这种直接的调控作用导致生长素在特定的区域中积累，形成了细胞分裂素和生长素特定的空间分布模式，进而诱导了拟南芥离体苗在特定的区域发生。

目录

文摘

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符号说明

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1前言

2材料与方法

3结果与分析

4讨论

5结论

参 考 文 献

附录

致谢

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