拟南芥抗病基因SNC1的调控机制分析

论文摘要

植物免疫系统中抗病基因NB-LRR（nucleotide binding-leucine-rich repeat）识别病原菌效应物引发的免疫反应是植物抵御病原菌侵害的有效途径。拟南芥SNC1（suppressor of mpr1-1）是 TIR 型 NB-LRR（Toll/interleukin-1 receptor-NB-LRR）抗病基因,其表达水平和功能直接关系着植物免疫能力和生长发育的平衡,因此植物需严密控制体内的NB-LRR表达。已知MOS1（modifier of snc1）在染色体水平正向调控SNC1的表达,但在染色体水平控制SNC1表达的负向调控因子尚无报道,且在染色体水平SNC1的调控分子机制也不清楚。NB-LRR不仅被植物内源调节因子精密调控,同时环境的细微改变也会影响它抗病功能的发挥。人们发现环境温度的升高会抑制NB-LRR的核定位走向,进而影响其活性的表达,而具体的分子机理还不清楚。本研究探讨了拟南芥内源调控因子及外界环境温度对SNC1的调控。（1）以bon1mos1突变体为背景,筛选得到能够抑制bon1mos1且表型类似bon1的突变体,即 suppressor of bon1mos1（称之为 bon1mos1smo）。bon1mos1s 的生长表型依赖于bon1mos1而非smo自身突变导致类似bon1的表型。bon1mos1smo抗病性显著强于bon1mos1而恢复至bon1水平,并且bon1mos1smo中SNC1的表达水平远远高于bon1mos1。SMO功能预测可能参与mRNA前体的可变剪切,经过原生质体亚细胞定位分析发现SMO定位在细胞核中。转录本表达分析显示SMO并不是通过参与SNC1 mRNA的可变剪切来调控SNC1的表达。大量参与染色体重塑和组蛋白修饰的基因在smo突变体中上调表达,其中包括CHR5和ATXR7,它们的突变能够抑制bon1smo生长表型,由此判断CHR5和ATXR7可能作用于SMO的下游。与bon1mos1相比较,bon1mos1smo中SNC1启动子区域及编码区H3K4me3和H2Bub1修饰形式的组蛋白富集程度显著升高。综上研究表明SMO可能通过调节下游基因CHR5和ATXR7等染色体重塑相关基因在染色体水平上调控SNC1的表达。（2）通过引用多种拟南芥核孔蛋白缺失突变体来模拟植物中由不同组分构成的核孔蛋白复合物,分别观察这些突变体在Col-0和温度不敏感自发免疫突变体snc1-4背景下处于不同温度生长环境中的生长表型和抗病性。结果显示无论在Col-0还是snc1-4背景中,一些核孔蛋白缺失突变体如nup96和nup133均表现出高温敏感性,初步说明核孔蛋白参与高温环境的响应。核孔蛋白nup96缺失突变体的转录组学分析显示多数受核孔蛋白调控的基因为高温应答基因,同时还发现NUP85和NUP133只有在高温条件下参与调节mRNA的核输出,更加验证了一些核孔蛋白在高温环境响应中的重要性。在了解了核孔蛋白高温特异性的表现后,我们发现只有在高温条件下,核孔蛋白的缺失能够完全抑制snc1-4的自发免疫表型,证实一些核孔蛋白的存在是snc1-4在高温条件下展现抗病能力的必要条件。以上结果表明核孔蛋白复合物构成的改变会影响SNC1在细胞核中的积累,高温特异性核孔蛋白通过影响高温条件下SNC1的核定位进而抑制植物的免疫反应。本研究不仅找到了新的参与SNC1表达的调控因子,为在表观遗传学层面探索SNC1调控机制打开了新局面,而且初步揭示了高温通过核孔蛋白介导SNC1核积累从而调控植物免疫反应的分子机制,为挖掘植物NB-LRR基因的调控机制提供了重要信息。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 植物免疫系统

1.1.1 跨膜受体（PRRs）识别PAMPs引发的免疫反应

1.1.2 NB-LRR识别病原菌效应物引发的免疫反应

1.2 植物体内的NB-LRR

1.2.1 NB-LRR的多重功能结构域

1.2.2 直接与间接识别病原菌效应物

1.3 NB-LRR基因SNC1的表达调控机制

1.3.1 转录水平的表达调控

1.3.2 转录后水平的调控

1.4 温度对植物免疫反应的影响

1.4.1 温度影响R基因介导的植物免疫反应

1.4.2 温度影响RNA沉默介导的植物免疫反应

1.5 核孔蛋白介导温度对植物免疫的调控

1.5.1 核孔蛋白复合物及核孔蛋白

1.5.2 核孔蛋白缺失引起的高温敏感性

1.6 研究目的和意义

2 拟南芥抗病基因SNC1的表达调控机制分析

2.1 材料与方法

2.1.1 植物材料与生长条件

2.1.2 EMS诱变及突变体筛选

2.1.3 二代测序定位克隆目标基因

2.1.4 生长表型鉴定

2.1.5 病原菌侵染与检测

2.1.6 cDNA样品制备及基因表达分析

2.1.7 原生质体转化及亚细胞定位分析

2.1.8 染色质免疫共沉淀分析

2.1.9 转录组学分析

2.1.10 统计学分析

2.2 结果与分析

2.2.1 smo基因的定位克隆

2.2.2 bon1mos1smo及smo突变体的生长表型

2.2.3 smo突变体的抗病性

2.2.4 smo突变体中SNC1的表达丰度

2.2.5 SMO的功能预测及同源基因查找

2.2.6 SMO在原生质体内的亚细胞定位

2.2.7 smo突变体中SNC1转录本的可变剪切

2.2.8 smo突变体中的差异表达基因

2.2.9 SMO突变对SNC1基因区域内组蛋白修饰的影响

2.3 讨论

2.3.1 在染色体水平SMO调控SNC1表达的分子机制

2.3.2 SMO调控SNC1表达的工作模式

2.4 本章小结

3 核孔蛋白介导温度调控SNC1核定位的分子机理分析

3.1 材料与方法

3.1.1 植物材料与生长条件

3.1.2 突变体基因型鉴定

3.1.3 突变体生长表型鉴定

3.1.4 Oligo （dT）分子探针原位杂交分析

3.1.5 病原菌侵染与检测

3.1.6 转录组学分析

3.1.7 统计学分析

3.2 结果与分析

3.2.1 温度对核孔蛋白缺失突变体生长表型的影响

3.2.2 温度对核孔蛋白缺失突变体抗病性的影响

3.2.3 温度对核孔蛋白缺失突变体中mRNA核积累的影响

3.2.4 核孔蛋白缺失突变体在转录水平对温度的应答

3.2.5 核孔蛋白缺失背景下温度对snc1-4生长表型的影响

3.2.6 核孔蛋白缺失背景下温度对snc1-4抗病性的影响

3.3 讨论

3.3.1 核孔蛋白缺失突变体的温度敏感性

3.3.2 高温条件下核孔蛋白对SNC1核定位的调节

3.4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

附件

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张爱琴

导师: 阎秀峰,华健

关键词: 拟南芥抗病基因,组蛋白修饰,调控因子,温度,核孔蛋白

来源: 东北林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 东北林业大学

分类号: Q943.2

DOI: 10.27009/d.cnki.gdblu.2019.000006

总页数: 104

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