拟南芥温度相关突变体lls1(long life span1)及其突变基因的研究

Research of Temperature Related Mutant Lls1(Long Life Span 1) in Arabidopsis and Its Mutant Gene

作者: 专业:植物学 导师:李小方 年度:2013 学位:硕士  院校: 西安工业大学

Keywords

        植物的生长发育是一个极其复杂的过程,会受到各种来自外界环境因素(比如温度、光照等)和内在因素(比如内源激素等)的影响,为了维持植物生长发育的正常进行,植物体内存在着一套完整的调节机制。温度是参与植物生长和发育调控的重要因素之一,但对温度信号转导及调控发育机理还远未搞清楚,拟南芥lls1(Long Life Span 1)是温度敏感型的,高温下突变表型消失,因此对突变体llsl及其突变基因的研究将有助于揭示温度调控植物生长发育的机理。本研究围绕着突变体llsl的突变表型、突变基因的确定和功能分析,主要研究内容和结果如下:1、突变体llsl表现出低温条件下的表型特征。低温影响拟南芥根的伸长和叶片的发生,突变体lls1根长和叶片的生长在常温下生长就表现出迟缓,表现出野生型在低温下的表型,这些表型与常温下,该突变体表现出的生长缓慢,叶片较小,植株极度矮化等表型相一致;而与svp突变体开花时间对低温不敏感不完全一致的是,在低温抑制真叶发生方面,svp1突变体的未受低温明显的影响,SVP基因及开花抑制基因FLM、TFL以及低温响应基因KIN2、CoR15A在低温下表达上调,可能是低温抑制植物生长和开花被延迟的原因;而突变体llsl中开花抑制基因FLM、TFL、SVP的表达在低温处理下没有明显的变化,温度响应基因KIN2、cOR15A的诱导表达也较弱,推测可能由于突变基因LLSl的缺失造成低温响应的某些环节中断,无法启动这些基因的响应。2、llsl突变表型由KAN3和GAAP1的突变共同参与。由于该突变体中有GAAP1和KAN3基因都发生了T-DNA插入,本研究进一步分析了lls1突变体的一些突变表型与两个基因的关系。发现kan3突变体仅在果荚长度上与llsl突变表型类似,GUS融合表达分析和原位杂交分析发现KAN3基因主要在花粉发育的特定阶段强表达,在幼胚发育过程中也有弱表达;而GAAP1在花发育的早期在花粉和雌蕊中表达;进一步生理学分析发现,gaap1突变体和llsl突变体在糖响应方面类似,都对糖信号不敏感,而在细胞分裂素响应调节中,kan3突变体与llsl突变体很类似,而且kan3突变体与gaap1突变体杂交得到的双突变体kan3gaap1 F1代群体中有部分植株表现出叶片卷曲,分枝较多等类似突变体llsl的表型出现,因此我们推测温度敏感性突变体llsl是由GAAP1基因和KAN3基因双突变所致,双基因的突变改变了突变体llsl对细胞分裂素和糖信号的响应,从而导致发育过程中细胞变小,植株矮化、顶端优势丧失等特征的出现。3、GAAP1通过ABA和UPR途径提高植物的抗非生物胁迫。通过ER胁迫诱导因子TM处理过量表达转化子GAAP1-OX、野生型Col、缺失突变体gaap1,结果GAAP1-OX过量转化子受TM影响较小,突变体gaap1受TM的伤害最严重,TM诱导的胁迫条件下突变体中产生的活性氧最多;同样的缺失突变体gaap1的根受ABA抑制作用也最强,Q-RT结果表明,GAAP1基因突变增强了ABA对其信号转导基因ABIl和ABI2、胁迫响应基因RD29A和RABl8、以及活性氧诱导基因AtGSTU5和APX1的诱导表达,这表明GAAP1基因可能参与ABA介导的胁迫响应;对胁迫处理下UPR基因的表达分析表明,GAAP1的缺失减弱了UPR基因受ER胁迫的诱导表达,说明GAAP1参与UPR途径的调控,抑制细胞程序性死亡的发生。综上所述,拟南芥温度敏感性突变体llsl是由KAN3和GAAP1的突变共同参与的,在常温下该突变体表现出野生型低温下的表型特征,该突变体改变了低温响应下的一些基因的表达;GAAP1可能通过ABA和UPR途径提高植物的抗非生物胁迫。对KAN3和GAAP1的功能的进一步研究将有助于阐明突变体llsl温度敏感性的机制,提高人们对植物生长发育和抗性机制的认识。
    
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