拟南芥抗寒相关转录因子CBF下游基因的筛选以及低温对植物开花的影响

摘要

寒冷是植物经常遇到的一种环境因素，植物在低温条件下有许多复杂的生理反应，其中，冷驯化作为植物在逆境条件下生存的保证显得尤其重要．我们的研究旨在发现植物冷驯化过程中受调控的基因，并探索一种基于拟南芥基因组全序列分析的转录因子下游基因筛选新方法．在研究过程中，我们发现植物从营养生长向生殖生长的转化在低温条件下会受到抑制，而这种抑制与春化途径相互独立． 拟南芥通过冷驯化提高对低温的抵抗能力，CBF/DREB1是一个在冷驯化过程中起关键作用的转录因子家族，该转录因子操控很多抗逆相关基因的表达，是抗寒相关基因启动表达的总开关．研究CBF下游基因对分析冷驯化机制有重要的作用． 我们试图通过CBF结合元件DRE的搜索筛选CBF下游基因．经软件分析，拟南芥基因组中有80个基因在启动子区含有DRE元件．利用基因芯片技术和RT-PCR技术对这些基因进行分析的结果显示，受CBF直接调控的基因占预测基因的16﹪以上，同时，许多低丰度基因得到了检测．该方法弥补了传统基因芯片方法的缺陷，因此一些以往用基因芯片技术无法发现CBF下游基因在本研究中得以验证． 通过上述筛选试验，氨基氨酸渗透酶AtPPRC44被证明在CBF过表达植株以及低温处理植株中上调表达，说明低温条件可能通过CBF调控AtPPRC44基因的表达．氨基酸作为一种生物保护剂在植物抗逆过程中起关键作用．现已证明，CBF参与了调节脯氨酸低温条件下合成的代谢途径，但是合成后的氨基酸是如何在组织和细胞内部分配，AtPPRC44很可能给出这个问题的答案．目前，我们已对该基因进行了的组织和细胞水平的定位分析，并初步证明该基因可能具有氨基酸外向转运功能． 人们对低温影响植物从营养生长向生殖生长转化的认识由来已久，春化的分子生物学机制一直是植物分子生物学研究的重点问题．低温作为春化的必要条件，常被认为是开花的孕育者． 但是，本次研究结果显示，低温在打破对开花抑制的同时对开花也存在抑制作用．这一点体现在：开花时间随温度的降低不断推迟，开花途径整合因子Socl，Leafy，在低温条件下的表达受到抑制，CBF 过表达植株开花时间推迟．通过对低温影响开花时间特点的分析我们认为，温度对开花延迟有累积效应，随温度的降低抑制开花的因子会增加，这使得低温对开花的影响比光周期和春化作用更复杂．CBt 家族在一定温度条件下也参加抑花作用，对CBF1过表达植株的研究表明，CBF1通过抑制开花途径整合因子Socl和Leafy调控植物从营养生长向生殖生长的转化，CBF1表达与光周期途径和春化途径是相互独立的． 低温不利于植物的生殖生长．光周期和春化途径对开花时间调节的意义在于其对开花季节的选择，最终还是对开花时环境温度的选择．而低温这种环境因素是最直接的环境信号，植物开花时间对环境温度的适应比日照时间和春化更为重要．

目录

文摘

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首都师范大学学位论文原创性声明及授权使用声明

第一部分抗寒相关转录因子CBF下游蛋白的筛选

1文献综述

1.1植物的冷驯化

1.2冷驯化过程中冷信号传递及基因调控途径

1.3转录因子CBF在冷驯化过程中的作用

1.4氨基酸渗透酶情况简介

2材料和方法

2.1实验材料

2.2实验方法

3结果

3.1 CBF下游基因的预测及表达分析

3.2AtPPRC44表达与功能分析

4讨论

4.1通过DRE元件预测CBF下游基因的可行性分析

4.2 AtPPRC44的可能功能

第二部分低温对植物开花时间的影响

1文献综述

1.1光周期途径

1.2春化途径

1.3自主开花途径

1.4 GA对植物开花的影响

1.5其他途径

2材料和方法

2.1实验材料

2.2实验方法

3实验结果

3.1低温条件阻碍植物从营养生长向生殖生长转化

3.2 CBF1，2，3过表达植株开花时间延迟

3.3 CBF1过表达不影响春化和光周期途径

3.4 CBF1过表达植株赤霉素的水平没有显著减低

3.5 CBF1过表达植株中开花整合途径因子Leafy，SOC1表达水平下降，FT表达基本不变

4讨论

结束语

参考文献

录1引物序列表

附录2缩略词对照

致 谢