木材是自然界最重要的可再生資源,是人類制漿造紙、建筑業(yè)以及生物能源的主要原材料。改良木材性狀,優(yōu)化木材資源品質已成為當前林木育種的重要目標。在木材形成過程中,植物激素特別是生長素,被認為對維管形成層起始和次生木質部分化具有關鍵的調節(jié)作用。已有研究證實,生長素濃度在形成層中最高,隨著韌皮部及木質部分化,其含量逐漸降低。根據目前的生長素信號轉導模型,Aux/IAA(auxin/indole-3-acetic acid)和ARF(auxin response factor)是介導生長素響應的兩個關鍵蛋白家族。研究表明,ARF與Aux/IAA對植物(原)形成層活動及維管系統(tǒng)的發(fā)育具有非常重要的作用,但其具體調控機制仍待進一步探索。楊樹(Populus trichocarpa)是世界上分布最廣的用材樹種。隨著其全基因組測序完成,楊樹作為模式植物被廣泛應用于樹木次生發(fā)育的研究中。本研究以毛白楊為實驗材料,通過對重要Aux/IAA及ARF基因的分析,揭示其對楊樹次生發(fā)育的重要作用,初步弄清了生長素對木材發(fā)育的調控網絡。主要研究結果如下:1.參與木材發(fā)育的楊樹Aux/IAA候選基因篩選楊樹基因組包含35個全長Aux/IAA編碼基因,通過對已有的楊樹微陣列表達數據(microarray)、轉錄組測序數據(RNA-seq)的分析,確定IAA9在木材發(fā)育相關組織中表達特異性較高,暗示其可能對木質部發(fā)育有調控作用。2.IAA9在維管形成層部位特異表達野生型毛白楊中,IAA9在木質部、韌皮部、莖、根中均有較高的表達量。啟動子GUS染色結果表明,在維管形成層區(qū)域出現較強的GUS活性。原位雜交結果也進一步證實IAA9在維管形成層部位特異性高表達。3.IAA9是典型的Aux/IAA蛋白在野生型毛白楊中,外施生長素顯著誘導IAA9表達。在煙草瞬時浸染實驗中,外施生長素會減少IAA9葉片中的GFP信號,而在突變VGWPP氨基酸序列后的IAA9m中,生長素并不會對GFP信號產生顯著影響。表明IAA9在轉錄水平上受到生長素的誘導,在蛋白水平上受到生長素的降解,且降解區(qū)域位于第二結構域。亞細胞定位實驗顯示,IAA9定位在細胞核中。酵母自激活實驗證實IAA9是轉錄抑制子。因此IAA9具備了Aux/IAA蛋白的典型分子特征。4.IAA9過表達抑制楊樹次生木質部形成構建IAA9過表達載體轉入毛白楊,發(fā)現與野生型相比,轉基因楊樹的株高、莖直徑等都明顯下降。莖橫切片甲苯胺藍染色結果顯示,過表達植株的次生木質部發(fā)育受到明顯抑制,木質部細胞層數減少,相對面積下降。熒光定量PCR檢測表明,轉基因楊樹中木質素合成關鍵酶基因表達量均有不同程度的下調。5.IAA9和ARF5能夠發(fā)生蛋白相互作用酵母雙雜交實驗證實,IAA9和ARF5.1,ARF5.2能在體外發(fā)生相互作用。通過雙分子熒光互補實驗,確定IAA9和ARF5.1在體內也存在蛋白相互作用。6.ARF5.1能夠恢復IAA9過表達植株次生發(fā)育表型將全長和去掉Ⅲ、Ⅳ結構域的ARF5.1過表達載體轉入IAA9m-OE轉基因植株中發(fā)現,全長ARF5.1對IAA9m-OE的回復在株高、木質部發(fā)育等方面,可接近野生型水平,ARF5.1Δ/IAA9m-OE中會完全恢復IAA9m-OE表型。酵母自激活和酵母雙雜實驗表明,ARF5.1Δ依然具有激活活性,但卻不能和IAA9發(fā)生相互作用。7.IAA9-ARF5復合體調控HB基因表達熒光定量PCR結果顯示,在IAA9m-OE轉基因株系中,HB7和HB8基因表達量明顯下調。用生長素分別處理野生型和IAA9m-OE轉基因植株發(fā)現,這兩個基因的轉錄水平都受到生長素的誘導,且在生長素信號被阻斷的IAA9m-OE轉基因植株中,生長素對其的誘導明顯消失。這說明HB7和HB8基因可能參與生長素介導的木質部發(fā)育調控網絡。ChIP實驗結果證明,ARF5.1可直接結合HB7和HB8上游啟動子序列,從而調控其基因表達。綜上所述,IAA9在楊樹木材發(fā)育相關組織中表達量高,并參與莖次生木質部的發(fā)育。IAA9通過和ARF5.1相互作用形成蛋白復合體,通過ARF5.1上的DNA結合區(qū)域結合下游基因HB7和HB8,并調控其表達,影響形成層向木質部細胞的分化,進而調控木材發(fā)育。這些結果將為解釋生長素信號調控木材發(fā)育提供理論依據,為木材資源的優(yōu)化奠定分子基礎。
【學位單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：Q943.2;S792.11
【部分圖文】：

西南大學碩士學位論文官的胚胎發(fā)生過程中也有相類似的過程。如在擬南芥種子萌發(fā)后不久，原組織以一種器官特有的方式被定義成為木質部或韌皮部，并在原形成層組化，隨后未分化的細胞會產生維管形成層[12]。因此，擬南芥的形成層活動原維管束的束內形成層，隨后延伸到束間區(qū)域，形成一個閉合的分生細胞維管形成層[13, 14]。

第 1 章 文獻綜述在一些老莖中，這些分生細胞實際上是從次生韌皮部招募而來的。在的兩側，可以徑向定義為參與細胞分裂、細胞擴展和細胞分化的 3 個的次生發(fā)育可以分為兩個階段：較早的階段只產生維管和薄壁細胞，段形成層開始產生維管和木質化的纖維細胞。與次生韌皮部相比，擬相對較多的次生木質部[20, 21]。

圖 1.3 楊樹及擬南芥次生壁合成的轉錄調控網絡[23]Fig. 1.3 Transcriptional regulatory network controlling secondary cell wall biosynthesiArabidopsis and Populus2.4 形成層的轉錄調控網絡形成層的分裂分化活動會影響木質部和韌皮部的形成，因此關于形成活動也是當前研究的重點。近年來，利用分子生物學手段已經證實，許與調控維管形成層的活性。如 WOX4，參與調控維管莖細胞的分裂，可
【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 徐梅卿;周旭東;樸春根;;中國不同栽培區(qū)楊樹品系及其病害種類[J];林業(yè)科學研究;2009年05期

2 張津林;張志強;查同剛;陳吉泉;孫閣;劉晨峰;崔令軍;陳軍;申李華;;沙地楊樹人工林生理生態(tài)特性[J];生態(tài)學報;2006年05期

3 張勇;張守攻;齊力旺;陳小強;陳瑞陽;宋文芹;;楊樹——林木基因組學研究的模式物種[J];植物學通報;2006年03期

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本文編號：2849793