本文關(guān)鍵詞：擬南芥ABS3亞家族MATE轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與調(diào)控植物細(xì)胞伸長和葉片衰老的機(jī)制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高等植物的生長發(fā)育受到基因、激素等內(nèi)在因素的精密調(diào)控,并受到復(fù)雜多變的外在環(huán)境因子影響。為了研究植物生長發(fā)育的遺傳調(diào)控機(jī)制,本實(shí)驗(yàn)室以模式植物擬南芥為研究對象,利用激活標(biāo)簽技術(shù)構(gòu)建了大規(guī)模擬南芥突變體庫。通過遺傳篩選,分離出一系列具有植物地上部分生長發(fā)育異常表型的突變體并命名為abnormal shoot(abs)系列突變體。本研究以擬南芥發(fā)育突變體的篩選為出發(fā)點(diǎn),鑒定獲得兩株獨(dú)立的具有矮化叢生表型的擬南芥突變體abs3-1D和abs4-1D。分子克隆及驗(yàn)證表明abs3-1D和abs4-1D的表型分別是由ABS3和ABS4基因的表達(dá)激活,即過表達(dá)引起。ABS3和ABS4分別編碼擬南芥Multidrug and Toxic Compound Extrusion(MATE)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白且ABS3和ABS4屬于MATE家族中的同一進(jìn)化分枝(本論文稱為ABS3亞家族MATE轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)。本論文通過對ABS3、ABS4以及另外兩個(gè)與ABS3同源的MATE家族蛋白ABS3L1和ABS3L2等四個(gè)ABS3亞家族擬南芥MATE轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與調(diào)控植物發(fā)育的機(jī)理開展研究,主要獲得以下結(jié)果。(1)在激活標(biāo)簽突變體庫中,發(fā)現(xiàn)兩株具有矮化叢生表型的半顯性突變體abs3-1D和abs4-1D,通過基因克隆,證明這兩個(gè)突變體的異常表型分別是由ABS3和ABS4基因過表達(dá)引起。ABS3和ABS4基因的編碼產(chǎn)物同屬于擬南芥MATE轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族的同一進(jìn)化分枝,根據(jù)序列比對結(jié)果,發(fā)現(xiàn)這一分枝中的另外兩個(gè)蛋白ABS3L1和ABS3L2與ABS3高度同源。ABS3L1和ABS3L2過表達(dá)也可以使植物產(chǎn)生類似于abs3-1D的突變體表型。這些結(jié)果表明ABS3、ABS4、ABS3L1和ABS3L2可能在植物生長發(fā)育過程中具有相似的功能。(2)利用半定量RT-PCR分別檢測ABS3、ABS4、ABS3L1以及ABS3L2基因在擬南芥不同組織和發(fā)育階段的時(shí)空表達(dá)特異性。分別構(gòu)建這四個(gè)基因的啟動(dòng)子-GUS融合表達(dá)載體并獲得轉(zhuǎn)基因植物,GUS組織染色表明在擬南芥的不同生長發(fā)育時(shí)期這四個(gè)基因具有不同的組織器官特異表達(dá)特征。(3)構(gòu)建ABS3、ABS4、ABS3L1以及ABS3L2融合熒光蛋白的瞬時(shí)表達(dá)載體,利用擬南芥葉肉細(xì)胞原生質(zhì)體瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng),結(jié)合與不同細(xì)胞器標(biāo)志蛋白的共定位分析,對這四個(gè)蛋白的亞細(xì)胞定位進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)這四個(gè)蛋白在細(xì)胞中具有高度類似的定位模式,能夠定位在前液泡/次級內(nèi)體(PVC/LE)上。(4)分別對ABS3、ABS4、ABS3L1以及ABS3L2的T-DNA插入基因功能缺失突變體abs3-1、abs4-1、abs3l1-1和abs3l2-1進(jìn)行表型分析,發(fā)現(xiàn)由于基因功能冗余,在正常生長條件下與野生型相比,單基因功能缺失突變體并沒有表現(xiàn)出明顯的表型。進(jìn)一步構(gòu)建了abs3-1 abs4-1 abs3l1-1 abs3l2-1四重功能缺失突變體(mateq),并發(fā)現(xiàn)mateq具有明顯的發(fā)育異常表型。(5)以擬南芥下胚軸表皮細(xì)胞為研究對象,研究了ABS3及其亞家族基因參與植物細(xì)胞伸長的調(diào)控過程。觀察發(fā)現(xiàn)abs3-1D與abs4-1D具有光下下胚軸變短的表型,且在細(xì)胞水平上表現(xiàn)為下胚軸表皮細(xì)胞伸長受到抑制。相反,在光照下mateq的下胚軸伸長抑制一定程度上被解除,與野生型相比下胚軸表皮細(xì)胞伸長加劇。這些結(jié)果表明在光照下擬南芥ABS3亞家族MATE轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與對下胚軸表皮細(xì)胞伸長的負(fù)調(diào)控。(6)進(jìn)一步研究ABS3及其亞家族基因參與對黑暗中下胚軸表皮細(xì)胞伸長的調(diào)控過程。對ABS3、ABS4、ABS3L1和ABS3L2基因的過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植物,以及四基因缺失突變體mateq在黑暗中生長的下胚軸伸長表型進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn),ABS3及其亞家族基因過表達(dá)能明顯抑制黑暗中下胚軸表皮細(xì)胞伸長,但是abs3-1D和abs4-1D中下胚軸伸長的抑制能夠被外源添加的蔗糖解除。而在mateq中,基因的缺失結(jié)合外源添加蔗糖,能夠進(jìn)一步促進(jìn)黑暗中下胚軸表皮細(xì)胞的伸長。這些結(jié)果表明在黑暗中這類MATE轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白亞家族對擬南芥下胚軸表皮細(xì)胞伸長具有負(fù)調(diào)控作用,且受外源添加蔗糖影響。(7)在對abs3-1D的逆轉(zhuǎn)突變體篩選過程中,篩選到逆轉(zhuǎn)突變體F07-08單突變體為光敏色素B(PHYB)基因的突變體,發(fā)現(xiàn)PHYB基因突變能夠明顯逆轉(zhuǎn)abs3-1D和abs4-1D的葉片葉柄以及下胚軸伸長受抑制的表型。這些結(jié)果表明ABS3與PHYB之間存在遺傳互作。(8)觀察發(fā)現(xiàn)abs3-1D的黑暗誘導(dǎo)葉片衰老進(jìn)程明顯提前,而mateq葉片則表現(xiàn)出黑暗誘導(dǎo)葉片衰老過程抑制的表型。通過葉片黑暗處理,發(fā)現(xiàn)abs3-1D葉片衰老表型明顯,與野生型相比衰老葉片失綠迅速,光合能力下降明顯,衰老誘導(dǎo)基因表達(dá)提前,葉片蛋白降解加快。而mateq生理生化水平的衰老相關(guān)表型均受到抑制。這些結(jié)果表明ABS3及其亞家族基因參與對黑暗誘導(dǎo)葉片衰老的正向調(diào)控。(9)對abs3-1D以及mateq進(jìn)行營養(yǎng)缺失處理。結(jié)果表明在碳素缺失和氮素缺失的條件下,abs3-1D均表現(xiàn)出葉片衰老提前的表型,而mateq一定程度上表現(xiàn)為持綠的表型。這些結(jié)果表明ABS3及其亞家族基因正向調(diào)控營養(yǎng)缺失誘導(dǎo)葉片衰老。
【關(guān)鍵詞】：abnormal shoot(abs) MATE轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 內(nèi)體 細(xì)胞伸長 葉片衰老
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q943.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-22
• 1.1 MATE家族多藥外排蛋白11-13
• 1.1.1 多藥外排泵11
• 1.1.2 多藥及毒性化合物外排家族（MATE）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白11-13
• 1.2 擬南芥下胚軸細(xì)胞伸長及調(diào)控13-15
• 1.2.1 植物細(xì)胞伸長13
• 1.2.2 擬南芥下胚軸細(xì)胞伸長的調(diào)控13-15
• 1.3 擬南芥葉片衰老及調(diào)控15-19
• 1.3.1 葉片衰老15-17
• 1.3.2 葉片衰老的調(diào)控17-19
• 1.4 選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容19-22
• 1.4.1 選題依據(jù)19-20
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容20-22
• 第二章 擬南芥abs3-1D和abs4-1D突變體的篩選及基因克隆22-50
• 2.1 引言22
• 2.2 材料及方法22-29
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料22-25
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法25-29
• 2.3 研究結(jié)果29-48
• 2.3.1 擬南芥發(fā)育異常表型突變體abs3-1D和abs4-1D的篩選29-32
• 2.3.2 擬南芥MATE亞家族蛋白基因ABS3、ABS4、ABS3L1和ABS3L2的克隆32-38
• 2.3.3 ABS3、ABS4、ABS3L1和ABS3L2基因的表達(dá)調(diào)控模式38-41
• 2.3.4 ABS3、ABS4、ABS3L1和ABS3L2蛋白的亞細(xì)胞定位41-46
• 2.3.5 ABS3、ABS4、ABS3L1和ABS3L2基因功能缺失突變體的獲得以及四重功能缺失突變體（mateq）的構(gòu)建46-48
• 2.4 討論48-50
• 第三章 擬南芥ABS3及其亞家族同源基因參與下胚軸細(xì)胞伸長的調(diào)控50-77
• 3.1 引言50
• 3.2 材料及方法50-52
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料50-51
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法51-52
• 3.3 研究結(jié)果52-75
• 3.3.1 ABS3、ABS4、ABS3L1和ABS3L2基因參與光下下胚軸細(xì)胞伸長的負(fù)調(diào)控52-57
• 3.3.2 ABS3、ABS4、ABS3L1和ABS3L2基因參與黑暗中下胚軸細(xì)胞伸長的負(fù)調(diào)控57-71
• 3.3.3 ABS3和ABS4基因與PHYB的遺傳互作71-75
• 3.4 討論75-77
• 第四章 擬南芥ABS3及其亞家族同源基因參與黑暗誘導(dǎo)葉片衰老的調(diào)控77-94
• 4.1 引言77
• 4.2 材料及方法77-81
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料77-79
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法79-81
• 4.3 研究結(jié)果81-92
• 4.3.1 ABS3及其亞家族基因?qū)诎嫡T導(dǎo)葉片衰老的影響81-82
• 4.3.2 ABS3及其亞家族基因?qū)Κ?dú)立黑暗誘導(dǎo)葉片衰老的影響82-84
• 4.3.3 野生型、abs3-1D與mateq衰老葉片中衰老相關(guān)基因的表達(dá)量分析84-85
• 4.3.4 野生型、abs3-1D與mateq衰老葉片中蛋白含量的比較85-87
• 4.3.5 ABS3亞家族基因在黑暗誘導(dǎo)衰老過程中的表達(dá)模式87-88
• 4.3.6 ABS3及其亞家族基因?qū)I養(yǎng)缺失誘導(dǎo)衰老的影響88-92
• 4.4 討論92-94
• 第五章 結(jié)論94-98
• 5.1 主要研究結(jié)果94-96
• 5.1.1 abs3-1D以及abs4-1D突變體的篩選以及突變基因的克隆94
• 5.1.2 ABS3及其亞家族基因參與對擬南芥下胚軸細(xì)胞伸長調(diào)控94-95
• 5.1.3 ABS3及其亞家族基因參與對擬南芥葉片衰老調(diào)控95-96
• 5.2 下一步研究計(jì)劃96-97
• 5.2.1 對ABS3及其亞家族蛋白在內(nèi)膜運(yùn)輸系統(tǒng)中定位的進(jìn)一步研究96
• 5.2.2 對ABS3及其亞家族蛋白參與葉綠體降解的研究96
• 5.2.3 對ABS3及其亞家族蛋白參與細(xì)胞自噬途徑的研究96-97
• 5.3 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)97-98
• 參考文獻(xiàn)98-107
• 附錄1 引物列表107-110
• 縮略詞表110-111
• 致謝111-112
• 作者簡介112

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本文編號：338070