论文摘要
根是植物重要的营养器官,根毛是根表皮特化的细胞,是植物根系的重要组成部分,能够增加根系与土壤之间的接触面积,从而促进植物更高效地吸收水分和养分。因此,研究植物根毛细胞的分化和发育机制,具有重要的学术意义和经济应用价值。本研究主要以拟南芥为材料,探究了 C2H2锌指蛋白ZFP5、ZFP6和GIS3在根表皮细胞发育中的作用;同时以水稻为材料,对OsRHL41-like,OsRHD1-like,OsRHD2-like1和OsRHD2-like2基因在根毛发育中的功能进行研究。所取得的主要结果如下:1、为了研究ZFP5响应营养信号调控根毛发育进行研究,发现低磷、低钾能够诱导ZFP5基因的表达,但是不能恢复zfp5突变体和干扰株系的短根毛表型。分子生物学实验表明乙烯参与低磷、低钾诱导根毛伸长,且ZFP5通过调控EIN2基因的表达来响应低磷、低钾诱导根毛发育。2、为了研究GIS3调控根毛发育的分子机制进行研究,发现与野生型相比,gis3突变体和GIS3RNAi干扰株系根毛数量显著减少,根毛长度显著变短,表明GIS3是调控根毛发育的正向调控因子。外源ACC和BA处理诱导野生型中GIS3表达,但是不能恢复gis3突变体短根毛表型。分子生物学和遗传学研究表明,GIS3通过直接作用于RHD2和RHD4上游来调控根毛伸长。综上所述,GIS3通过整合乙烯和细胞分裂素信号直接调控RHD2和RHD4基因的表达来调控根毛的形成和发育。3、为了研究ZFP6基因在根毛发育中的作用,对zfp6突变体和干扰株系根毛表型进行分析,发现ZFP6对根毛发育具有正向调控作用。外源施加ACC和BA能够显著诱导野生型中ZFP6基因的表达,但不能恢复zfp6突变体根毛长度,表明ZFP6响应乙烯和细胞分裂素信号调控根毛伸长。通过RNA-Seq分析筛选出13个激素相关基因,酵母双杂交分析表明ZFP6可能与AT4G36110、MYB51、ERF6和ATMYBL2存在相互作用。4、为了研究植物激素生长素、乙烯和细胞分裂素之间的关系,发现只有乙烯能诱导野生型产生异位根毛,这意味着乙烯在根毛起始阶段的特殊作用。然而,在伸长阶段,生长素、乙烯和细胞分裂素均能促进根毛尖端生长,而细胞分裂素的作用在这个过程中独立于生长素和乙烯。当生长素和乙烯信号有缺陷时,外源BA处理能够恢复根毛伸长。更为重要的是,转录分析表明生长素、乙烯和细胞分裂素通过RSL4调控一系列根毛特异性基因来调控根毛发育。5、为了研究水稻OsRHL41-like等基因的功能,我们克隆了OsRHL41-like、OsRHD1-like、OsRHD2-like1和OsRHD2-like2这四个水稻基因,并将其转入拟南芥和水稻中。发现过量表达水稻OsRHL41-like显著增加拟南芥和水稻根毛长度,而OsRHL41-like干扰株系根毛长度显著低于野生型。结果表明,OsRHL41-like正向调控水稻根毛伸长。OsRHD2-like1和OsRHD2-like2转基因株系根毛表型与OsRHL41-lik相似,表明OsRHD2-like1和OsRHD2-like2是调控水稻根毛伸长的正向调控因子。而OsRHD1-like转基因株系根毛表型与OsRHL41-like相反,表明OsRHD1-like是调控水稻根毛发育的负向调控因子。
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致谢摘要Abstract1 绪论 1.1 拟南芥根毛发育 1.1.1 根毛发育的模式 1.1.2 根毛细胞命运决定 1.1.3 根毛的起始 1.1.4 根毛的伸长 1.2 植物激素对根毛发育的影响 1.3 营养元素对根毛发育的影响 1.4 C2H2锌指蛋白参与表皮毛和根毛的形成和发育 1.5 禾本科作物根毛发育研究进展 1.5.1 根表皮细胞发育模式 1.5.2 根毛的起始 1.5.3 根毛的伸长 1.6 本研究的目的和意义2 锌指蛋白基因ZFP5调控拟南芥根毛形成的分子机制 2.1 材料与方法 2.1.1 植物材料和生长条件 2.1.2 突变体鉴定 2.1.3 DNA提取 2.1.4 根毛长度、数量统计 2.1.5 RNA提取、反转录和荧光定量PCR 2.1.6 营养处理实验 2.1.7 GUS染色 2.1.8 激素处理 2.1.9 统计分析方法 2.2 结果与分析 2.2.1 低磷、低钾胁迫诱导ZFP5的表达 2.2.2 ZFP5响应低磷、低钾胁迫调控根毛伸长 2.2.3 乙烯参与低磷、低钾胁迫调控根毛伸长 2.2.4 ZFP5和乙烯相互作用来调控低磷、低钾诱导根毛发育 2.2.5 ZFP5调控根毛相关基因的表达来响应低磷、低钾胁迫 2.3 讨论3 锌指蛋白基因GIS3调控拟南芥根毛形成的分子机制 3.1 材料与方法 3.1.1 植物材料和生长条件 3.1.2 突变体鉴定 3.1.3 根毛长度、数量统计 3.1.4 RNA提取、反转录和荧光定量PCR 3.1.5 过量表达载体构建 3.1.6 拟南芥转基因 3.1.7 双突变体构建 3.1.8 激素处理实验 3.1.9 GUS染色 3.1.10 地塞米松（Dexamethasone,DEX）和放线菌酮（Cycloheximide,CHX） 3.1.11 染色体免疫共沉淀（ChIP） 3.2 结果与分析 3.2.1 GIS3是调控根毛发育的重要调控因子 3.2.2 GIS3响应乙烯信号调控根毛发育 3.2.3 GIS3响应细胞分裂素信号调控根毛发育 3.2.4 GIS3作用于根毛调控因子上游来调控根毛发育 3.2.5 GIS3作用于RHD2和RHD4上游 3.2.6 GIS3直接作用于RHD2和RHD4启动子区域来调控根毛伸长 3.2.7 RHD2和RHD4受乙烯和细胞分裂素诱导调控根毛发育 3.3 讨论4 锌指蛋白基因ZFP6调控拟南芥根毛形成的分子机制 4.1 材料与方法 4.1.1 植物材料和生长条件 4.1.2 突变体鉴定 4.1.3 根毛长度、数量统计 4.1.4 RNA提取、反转录和荧光定量PCR 4.1.5 激素处理 4.1.6 营养处理实验 4.1.7 GUS染色 4.1.8 RNA-Seq测序 4.1.9 酵母双杂载体构建 4.1.10 酵母双杂点对点验证 4.1.11 地塞米松（Dexamethasone,DEX）和放线菌酮（Cycloheximide,CHX） 4.2 结果与分析 4.2.1 ZFP6是调控根毛发育的正向调控因子 4.2.2 ZFP6响应乙烯和细胞分裂素信号调控根毛发育 4.2.3 ZFP6响应低磷、低钾信号调控根毛发育 4.2.4 ZFP6根毛相关下游靶基因筛选 4.2.5 ZFP6其他下游基因筛选 4.3 讨论5 植物激素通过调控根表皮基因来促进根毛的发育 5.1 材料与方法 5.1.1 植物材料和生长条件 5.1.2 根毛长度和数量统计 5.1.3 植物激素处理 5.1.4 RNA提取和定量PCR分析 5.1.5 公共芯片数据和生物信息学分析 5.1.6 统计分析 5.2 结果与分析 5.2.1 乙烯在促进根毛起始方面有独特的作用 5.2.2 命运决定因子突变体对植物激素的敏感性较低 5.2.3 细胞分裂素独立于生长素和乙烯来促进根毛伸长 5.2.4 植物激素协同增强根毛伸长 5.3 讨论6 水稻根毛发育调控基因的功能研究 6.1 材料与方法 6.1.1 植物材料和生长条件 6.1.2 水稻根系RNA提取和反转录 6.1.3 基因克隆与载体构建 6.1.4 拟南芥遗传转化 6.1.5 水稻遗传转化与株系筛选 6.1.6 转基因株系筛选 6.1.7 拟南芥根毛长度、数量统计 6.1.8 水稻根毛长度统计 6.2 结果与分析 6.2.1 拟南芥转基因材料qRT-PCR鉴定及株系筛选 6.2.2 水稻转基因材料qRT-PCR鉴定及株系筛选 6.2.3 OsRHL41-like是调控水稻根毛伸长的正向调控因子 6.2.4 OsRHD1-like是调控水稻根毛伸长的负调控因子 6.2.5 OsRHD2-like1和OsRHD2-like2是根毛伸长的正向调控因子 6.3 讨论7 全文总结和展望 7.1 全文总结 7.2 展望参考文献附录A: 攻读博士学位期间所取得的成果附录B: 作者简历
文章来源
类型: 博士论文
作者: 黄琳丽
导师: 甘银波
关键词: 根毛,乙烯,细胞分裂素,低磷,低钾
来源: 浙江大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 生物学,生物学
单位: 浙江大学
分类号: Q943.2
总页数: 145
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标签：根毛论文; 乙烯论文; 细胞分裂素论文; 低磷论文; 低钾论文;
AtZFP5、AtZFP6、AtGIS3和OsRHL41-like等基因调控根毛生长和发育的分子机制研究
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