论文摘要
根系是植物的一个重要器官,起着固定植物、吸收各种营养元素、抵抗外界不良环境等作用。侧根是植物根系的重要组成部分,其发育状况影响根系能否正常行使功能。研究显示,生长素在侧根发育过程中发挥重要作用,生长素的合成、运输、信号转导等均影响侧根的发育。除此之外,营养元素（碳水化合物、氮、磷、钾等）对于侧根的发育也具有重要作用。但是,碳水化合物及各种营养元素对侧根发育的调控机理并不十分清晰。FK506结合蛋白（FK506 binding proteins,FKBPs）是一种免疫亲和素家族蛋白,广泛存在于细菌、真菌、动植物中。FKBP主要负责蛋白质的折叠和修饰,在植物的抗病、抗非生物胁迫以及植物根系发育中起着重要的作用。例如,水稻（Oryza sativa）中的FKBP20参与了抗高温胁迫反应,拟南芥（Arabidopsis thaliana）中的FKBP42可以调节生长素的变化影响主根伸长。本实验室前期工作发现,拟南芥FKBP15-1和FKBP15-2与FKBP12亲缘关系较近,可能参与侧根发育调控。为了深入分析FKBP15-1和FKBP15-2的功能,本研究通过突变体表型分析、表达谱分析、蛋白质互作分析等技术手段研究FKBP15-1和FKBP15-2与拟南芥侧根发育之间的关系,得到以下主要结论:（1）FKBP15-1和FKBP15-2共同负调控侧根发育:在单突变体fkbp15-1、fkbp15-2和fkbp15-2RNAi中,拟南芥侧根数量没有发生明显变化。在fkbp15-1fkbp15-2和fkbp15-1fkbp15-2RNAi植株中,拟南芥侧根数量明显增多。（2）FKBP15-1和FKBP15-2在侧根发生的中柱鞘细胞内表达:表达谱分析发现FKBP15-1和FKBP15-2主要在中柱鞘细胞和维管束中表达,并且在根尖基部分生组织中柱鞘中高表达。FKBP15-1和FKBP15-2蛋白定位于细胞内质网中。施加生长素不能改变fkbp15-1fkbp15-2和fkbp15-1fkbp15-2RNAi产生更多侧根的情况,也不能改变野生型Col-0中FKBP15-1和FKBP15-2的转录水平。（3）FKBP15-1和FKBP15-2共同与VIN2互相作用,调控VIN2的蔗糖转化活性:通过免疫沉淀和质谱分析获得了41个可能和FKBP15-1和FKBP15-2互作的蛋白,代谢通路分析表明淀粉和蔗糖代谢途径被明显富集。进一步研究显示参与淀粉和蔗糖代谢的蔗糖转化酶VIN2在双突变体和干扰植株根部的酶活性明显大于野生型。（4）双突变体fkbp15-1fkbp15-2增强了对蔗糖的利用能力,VIN2位于FKBP15-1、FKBP15-2的遗传学上位:只有外界提供足够多的蔗糖,双突变体fkbp15-1fkbp15-2才能发育出更多的侧根。在外界提供较少蔗糖时侧根数量和野生型一样,并且提供不同浓度的果糖和葡萄糖对其侧根数量没有影响,说明了fkbp15-1fkbp15-2植株对蔗糖的利用能力变强是导致侧根增加的主要原因。遗传分析显示FKBP15-1、FKBP15-2和VIN2三突变的侧根数量恢复到和野生型一样的状态,说明VIN2位于FKBP15-1、FKBP15-2的遗传学上位调控侧根发育。综上所述,拟南芥中免疫亲和素FKBP15-1和FKBP15-2共同负调控侧根数目发育。FKBP15-1和FKBP15-2共同突变增强了蔗糖转化酶VIN2的酶活,增加拟南芥对蔗糖的分解利用,最终促进了侧根的发育。本研究揭示了免疫亲和素家族蛋白在侧根发育中的功能,对于研究其他分子伴侣在侧根调控中的功能也具有一定借鉴意义。
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摘要abstract缩略语中英文对照第一章 文献综述 引言 1.1 侧根研究进展 1.1.1 植物根系基本结构及分类 1.1.2 侧根在植物根系中的生理作用 1.1.3 侧根的细胞学发育过程 1.1.4 侧根发育的调控机制 1.2 免疫亲和素研究进展 1.2.1 免疫亲和素的发现 1.2.2 免疫亲和素的分类和基本结构 1.2.3 免疫亲和素在植物中的功能 1.3 转录组测序和蛋白质互作分析方法在植物侧根发育研究中的应用 1.3.1 转录组测序在植物侧根发育研究中的应用 1.3.2 蛋白质互作分析方法在植物侧根发育研究中的应用 1.4 本研究的意义和技术路线第二章 材料与方法 2.1 材料 2.1.1 菌株 2.1.2 原始质粒载体 2.1.3 植物材料 2.1.4 试剂和仪器 2.2 实验方法 2.2.1 拟南芥的无菌培养 2.2.2 拟南芥和烟草的土培 2.2.3 基因组DNA抽提 2.2.4 RNA抽提 2.2.5 PCR反应 2.2.6 琼脂糖凝胶核酸电泳 2.2.7 DNA片段回收 2.2.8 拟南芥杂交 2.2.9 质粒抽提 2.2.10 载体构建 2.2.11 大肠杆菌感受态制备 2.2.12 大肠杆菌转化和阳性菌落鉴定 2.2.13 农杆菌感受态的制备 2.2.14 农杆菌转化和阳性菌落鉴定 2.2.15 农杆菌介导的拟南芥遗传转化（浸花法） 2.2.16 烟草瞬时表达基因及激光共聚焦显微镜观察 2.2.17 RNA反转录 2.2.18 qRT-PCR 2.2.19 转录组比较分析 2.2.20 GUS染色 2.2.21 树脂切片 2.2.22 福尔根染色 2.2.23 植物蛋白的提取（用于Western blot） 2.2.24 聚丙烯酰胺变性凝胶蛋白电泳 2.2.25 蛋白质银染 2.2.26 Western blot 2.2.27 免疫沉淀-质谱 2.2.28 转化酶活性测定第三章 结果与分析 3.1 FKBP15-1和FKBP15-2基因在拟南芥侧根发育中的功能分析 3.1.1 fkbp15-1、fkbp15-2突变体的分子鉴定与fkbp15-2RNAi的构建 3.1.2 fkbp15-1 fkbp15-2双突变体的分子鉴定与fkbp15-1 fkbp15-2RNAi构建 3.1.3 FKBP15-1、FKBP15-2的单突变、双突变和fkbp15-1fkbp15-2RNAi植株的表型分析 3.1.4 FKBP15-1、FKBP15-2的过表达植株及共表达植株的表型分析 3.2 FKBP15-1和FKBP15-2基因在拟南芥中的表达模式分析 3.2.1 FKBP15-1和FKBP15-2在拟南芥不同器官中的表达模式 3.2.2 FKBP15-1和FKBP15-2在拟南芥根系组织中的表达模式 3.3 FKBP15-1和FKBP15-2蛋白的亚细胞定位分析 3.3.1 FKBP15-1和FKBP15-2蛋白的亚细胞定位 3.3.2 FKBP15-1、FKBP15-2蛋白和内质网标记蛋白亚细胞共定位分析 3.4 FKBP15-1和FKBP15-2与生长素信号的关系分析 3.5 FKBP15-1和FKBP15-2互作蛋白分析与鉴定 3.5.1 FKBP15-1和FKBP15-2互作蛋白鉴定 3.5.2 FKBP15-1和FKBP15-2互作蛋白的KEGG通路分析 3.6 fkbp15-1fkbp15-2中转化酶VIN2 的活性及对糖的利用分析 3.6.1 FKBP15-1和FKBP15-2对转化酶VIN2 的作用分析 3.6.2 fkbp15-1fkbp15-2对不同种类糖的利用分析 3.7 FKBP15-1和FKBP15-2对VIN2 的遗传关系分析 3.8 野生型Col-0与fkbp15-1fkbp15-2RNAi的转录组比较分析 3.8.1 野生型与fkbp15-1fkbp15-2RNAi之间在根系中差异表达基因的鉴定 3.8.2 差异表达基因的GO富集分析 3.8.3 差异表达基因的KEGG富集分析 3.8.4 FKBP15-1和FKBP15-2双突变对侧根发育相关基因表达的影响第四章 讨论与展望 4.1 FKBP15-1和FKBP15-2通过调控转化酶VIN2 活性负调控侧根发育 4.2 FKBP15-1和FKBP15-2在功能上存在一定的冗余性 4.3 FKBP15-1和FKBP15-2可能参与侧根起始发育调控 4.4 FKBP15-1,FKBP15-2目标蛋白VIN2与侧根数目关系 4.5 转录组分析和质谱分析暗示了FKBP15-1和FKBP15-2其他可能的侧根调控机制 4.6 创新点 4.7 展望参考文献附录致谢攻读博士学位期间发表学术论文及申请专利
文章来源
类型: 博士论文
作者: 王俊
导师: 左开井
关键词: 拟南芥,侧根,蔗糖
来源: 上海交通大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 生物学,生物学
单位: 上海交通大学
基金: 国家重点基础研究发展计划(973项目,2014CB733903),转基因专项(2016zx08005-003-003),国家自然科学基金(31071458)
分类号: Q943.2
DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.000013
总页数: 150
文件大小: 5415K
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标签：拟南芥论文; 侧根论文; 蔗糖论文;
FKBP15-1和FKBP15-2基因调控拟南芥侧根发育的功能研究
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