论文摘要
向水性反应是指植物根尖感受生长环境中的水势梯度并向着水势较高区域生长的生物学特性。这一特性对植物有效获取土壤水分至关重要,自发现以来持续受到科学界的热点关注。然而有关植物根尖向水性反应的分子机理仍未阐明,甚至对于向水性反应的一些基础性科学问题尚未解决,如根尖向水性弯曲生长的细胞生物学基础是什么?植物根尖受水势梯度诱导而不对称分布的信号分子是什么?本研究发现细胞分裂素对根尖向水性反应起关键调控作用,水势梯度诱导细胞分裂素在根尖分生区单侧积累,从而特异的诱导细胞分裂素下游响应调节因子ARR16及ARR17在根尖分生区水势较低一侧积累表达,致使该侧根尖分生区细胞分裂活动加剧,产生更多的分生区细胞,诱导根尖朝向水势较高一侧弯曲生长。进一步运用生理及遗传学实验对细胞分裂素调控拟南芥根向水性反应的信号传递途径进行验证:第一,体外施加的细胞分裂素梯度可以诱导拟南芥根尖细胞分裂素较高一侧的分生区细胞分裂活动加剧并发生根尖向细胞分裂素较低区域生长的向性反应,说明向水性反应过程中根尖水势较低一侧积累的细胞分裂素是向水性反应的诱导物质;第二,通过诱导型启动子诱导ARR16或ARR17在根尖的不对称表达,发现以上基因的单侧诱导表达均能加剧表达侧分生区的细胞分裂,从而促使拟南芥根尖弯向另一侧生长,说明向水性反应过程中以上基因在根尖的不对称表达是向水性反应的分子基础;第三,突变体arr16 arr17的向水性反应均显著减弱,进一步验证拟南芥根向水性反应依赖于ARR16、ARR17的不对称表达;第四,抑制细胞分裂素的合成或干扰根尖分生区的细胞分裂均能完全抑制拟南芥根尖向水性反应但并不影响其向地性反应,说明根尖分生区两侧细胞分裂差异是向水性反应的细胞生物学基础。综上所述,我们发现及证明了拟南芥根尖细胞分裂素的不对称分布及其诱导的根尖两侧细胞分裂差异是向水性反应的基础。阐明了拟南芥根尖向水性反应的基础调控途径,为提高作物水分利用率的应用研究提供理论依据。
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缩略词表中文摘要Abstract第一章 文献综述 1.1 植物向水性研究进展 1.1.1 植物根向水性的发现及早期实验探索 1.1.2 植物根向水性突变的筛选及调控基因的克隆鉴定 1.1.3 植物激素调控植物向水性的研究进展 1.1.4 植物根尖对水势梯度的感应部位研究 1.2 细胞分裂素的研究进展 1.2.1 细胞分裂素的发现历史 1.2.2 细胞分裂素合成途径及代谢概述 1.2.3 细胞分裂素的生物学功能研究 1.2.4 细胞分裂素的信号传导途径 1.2.5 细胞分裂素信号下游响应因子的功能研究 1.3 本课题的研究意义及创新 1.3.1 本课题的研究意义 1.3.2 本研究的创新意义第二章 材料方法 2.1 实验材料 2.1.1 生物材料 2.1.2 实验试剂耗材 2.1.3 所用仪器设备 2.2 方法 2.2.1 溶液配制 2.2.2 植物无菌培养 2.2.3 植物温室培养及管理 2.2.4 拟南芥幼苗根向水性反应实验及统计方法 2.2.5 GUS染色方法 2.2.6 碘化丙啶染色 2.2.7 细胞分裂素处理 2.2.8 Lovastatin处理 2.2.9 秋水仙素处理 2.2.10 EdU染色 2.2.11 根尖分生区细胞数目统计方法 2.2.12 根尖荧光强度测量统计方法 2.2.13 根尖RNA提取 2.2.14 Real Time RT-PCR 2.2.15 Gateway体外重组技术及表达载体的构建 2.2.16 农杆菌浸花法转染拟南芥 2.2.17 拟南芥杂交技术 2.2.18 突变体及转基因材料的鉴定及筛选 2.2.19 琼脂糖凝胶电泳 2.2.20 数据的统计学分析第三章 研究结果及分析 3.1 根尖分生区两侧不均等的细胞分裂导致向水性反应 3.2 根尖细胞分裂素的不对称分布诱导向水性反应 3.2.1 水势梯度诱导根尖细胞分裂素不对称分布 3.2.2 根尖不对称分布的细胞分裂素诱导不均等的细胞分裂及向水性弯曲 3.3 ARR16及ARR17 特异的响应及调控拟南芥根向水性反应 3.3.1 ARR16和ARR17 的表达受水势梯度特异诱导 3.3.2 向水性处理诱导ARR16和ARR17 在根尖不对称表达 3.3.3 ARR16及ARR17 的不对称表达诱导分生区不对称的细胞分裂及根尖弯曲生长 3.3.4 ARR16和ARR17 促进根尖分生区细胞分裂 3.4 拟南芥根尖向水性反应生理及分子调控网络的构建及验证 3.4.1 拟南芥根向水性反应依赖于根尖细胞分裂素的不对称分布 3.4.2 向水性反应依赖于ARR16和ARR 3.4.3 抑制细胞分裂素的合成或细胞分裂均能抑制拟南芥根向水性反应 3.5 拟南芥根尖向水性反应调控网络的构建第四章 结论与讨论 4.1 根尖分生区不均等的细胞分裂是向水性反应的基础 4.2 根尖不对称分布的细胞分裂素是向水性反应的诱导因素 4.3 ARR16及ARR17 通过不对称表达调控根尖细胞分裂及向水性反应 4.4 细胞分裂素促进拟南芥根尖分生区细胞分裂 4.5 根尖分生区是向水性反应的主要部位展望参考文献在学期间的研究成果致谢
文章来源
类型: 博士论文
作者: 常金科
导师: 黎家
关键词: 向水性反应,水势梯度,细胞分裂素,细胞分裂
来源: 兰州大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 生物学
单位: 兰州大学
分类号: Q945
总页数: 113
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标签：向水性反应论文; 水势梯度论文; 细胞分裂素论文; 细胞分裂论文;
