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细胞分裂素和生长素对玉米叶序分化类型的调控研究
细胞分裂素和生长素对玉米叶序分化类型的调控研究
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中文摘要:
玉米是禾本科Zea属中仅有的一个Mays种,其叶片为互生,即每节着生一片叶,在中部叶片的叶腋中可分别着生一个果穗。根据植物分类学,禾本科植物一般没有对生叶序,对生叶序玉米是一个新的变异类型,它的特征是茎秆同一节位上的叶片都是对生的。它是一个极具研究价值的遗传资源。植物叶序发育的调控机理十分复杂,关于对生叶序形成机制的研究报道甚少,本文以两组对生玉米、互生玉米近等基因系为材料,采用EIISA方法,比较对生玉米、互生玉米内源细胞分裂素和生长素含量的差异,分析两类内源激素对叶序的调控作用,在此基础上,通过在玉米组织培养过程中添加不同浓度的外源激素,研究外源细胞分裂素和生长素对玉米叶序分化类型的调控作用,同时利用PCR技术、RT-PCR技术,对玉米细胞分裂素合成的主要相关调控基因进行分子分析,比较对生叶序玉米、互生叶序玉米在细胞分裂素主要相关调控基因结构和表达上的差异,获得了如下主要结果: 1、利用植物激素ELISA方法测定和分析了不同叶序玉米的不同组织、不同生育期内源细胞分裂素(ZRs、DHZRs、iPAs)、内源生长素(IAA)含量差异,结果表明:不同生育期对生叶序玉米幼苗顶端分生组织、成熟苗顶端雄幼穗ZRs、DHZRs、iPhs含量显著高于同期近等基因系的互生玉米,IAA含量在两者之间无显著差异;而不同叶序玉米在不同生育期幼胚、成熟花粉、成熟叶片中内源ZRs、DHZRs、iPAs和IAA均无显著差异,对生叶序的形成与生长点组织细胞分裂素含量增加密切相关。另一方面,三大类细胞分裂素含量在对生叶序玉米中表现出相同变化趋势,这表明对生叶序玉米的形成不是单一细胞分裂素合成基因的变异引起的,可能是细胞分裂素合成的上游基因及调控基因或细胞分裂素运输基因的变异所致。 2、通过对两类内源激素含量进行分析发现,不同叶序玉米生长点CTK/IAA的域值呈现出规律性的变化,对生叶序玉米幼苗顶端分生组织CTK/IAA值均高于4.6,互生叶序玉米幼苗顶端分生组织CTK/IAA值均低于3.6,对生叶序玉米生长点的CTK/IAA比值不仪显著高于互生叶序,而且随互生到对生到螺旋畸形叶序逐渐增大,但不同叶序玉米在不同生育期叶片、幼胚、成熟花粉中CTK/IAA均无显著差异,这表明玉米生长点CTK/IAA域值的稳定和变化是调节叶序稳定和变异的关键因素。 3、以互生玉米自交系H4d、8701d,对生玉米自交系H4D、8701D为材料,取自交授粉12天的幼胚,分别在含不同浓度6-BA及不同浓度NAA的脱分化培养基上诱导愈伤组织,筛选Ⅱ型愈伤组织,分别转入不同浓度6-BA及不同浓度NAA的分化培养基上诱导出芽,芽点出现开始,在解剖镜下剥离顶端分生组织,电镜扫描观察叶原基形态,并用ELISA反应测定顶端分生组织细胞分裂素6-BA、ZRs、DHZRs、iPAS和生长素IAA、NAA含量。结果表明:外源细胞分裂素6-BA可调控互生基因型玉米材料幼苗叶原基转换为对生甚至畸形叶原基类型,6-BA浓度越高、处理越早,出现对生叶原基、畸形叶原基的频率越高;外源生长素NAA可调控对生基因型玉米材料幼苗叶原基转换为互生叶原基类型,NAA浓度越高、处理越早,出现互生的叶原基频率越高。ELISA测定结果显示,不同叶序类型组培苗生长点两类激素含量的增加是外源激素的吸收累积造成的,内源细胞分裂素及内源生长素的含量并未明显改变。 4、通过对互生和对生基因型下外源激素诱导的不同叶序类型组培苗顶端分生组织两类激素含量进行分析,结果显示:同类型的叶原基生长点CTK/AUX比值相同,在瓦生基因型下,通过增加外源细胞分裂素β-BA、提高CTK/AUX可导致叶原基分化类型向对生、畸形类型转换,在对生基因型下通过增加外源生长素、降低CTK/AUX可导致叶原基分化类型向互生类型转换,解除外源激素诱导压力,生长点CTK/AUX值的恢复导致叶原基分化类型返回原始基因型类型,其CTK/AUX调节叶序转换的域值变化与上述不同叶序类型玉米实生苗生长点内源CTK/IAA域值变化具有相同趋势,这进一步证实了生长点CTK/AUX是决定玉米叶原基分化类型的关键因素。 5、为了进一步了解对生叶序玉米生长点细胞分裂素含量的增加是否与其调控基因的变异有关,本文通过NCBI搜索玉米细胞分裂素调控基因ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4,ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10的基因序列及其CDS序列,设计特异性上下游引物,通过对对生玉米及其近等基因系的互生玉米基因组进行PCR扩增、测序,证实了对生玉米、互生玉米在ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4,ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10基因序列上未见差异。通过RT-PCR分析表明ZmRR1,ZmRR2是根特异性表达基因,ZmRR3在根和叶中不表达,而ZmRR6在茎尖中不表达,其对生玉米、互生玉米在不同时期、不同发育组织中ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4,ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10基因的表达未见差异。这与冷泉港实验室关于ZmRR3基因的Mu转座子插入突变导致对生叶序玉米形成的结果不同。 综上所述,本文通过对对生叶序玉米与互生叶序玉米不同组织内源细胞分裂素和内源生长素的含量差异分析及体外两类激素诱导证实了对生叶序玉米的形成与玉米生长点组织细胞分裂素含量的增加密切相关,激素平衡对玉米叶序分化具有重要作用,生长点CTK/AUX值的稳定和变化是调控玉米叶序分化类型的关键因素,这为研究玉米叶序形成的激素调控提供了重要的实验依据。此外,对玉米细胞分裂素基因的变异所致,其对生叶序形成的分子机制有待从其它细胞分裂素调控基因或细胞分裂素运输基因等方面进行进一步的系统研究。
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作者:
马庆
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关键词:
玉米
细胞分裂素
生长素
叶序调控
组织培养
细胞分裂素调控基因
授予学位:
博士
学科专业:
作物遗传育种
导师:
程备久
学位年度:
2008
学位授予单位:
安徽农业大学
语种:
中文
中图分类号:
S5