海藻糖-6-磷酸合酶(TPS)对拟南芥下胚轴伸长生长的影响机制

扫码查看

原文链接

NETL

中文摘要：植物海藻糖-6-磷酸合酶（Trehalose-6-phosphatesynthase，TPS）是催化合成海藻糖-6-磷酸（Trehalose-6-phosphate，Tre6P）的关键酶，最终由海藻糖-6-磷酸磷酸酶（Trehalose-6-phosphatephosphatase，TPP）催化Tre6P转变成海藻糖。Tre6P能作为信号分子对植物下胚轴的生长发育进行调控，促进下胚轴的伸长。虽然有证据表明Tre6P可能参与下游信号PIF3与TOC1的相互作用或乙烯信号路径而参与调控下胚轴伸长生长，但其影响下胚轴生长发育的遗传学分子机制尚不清楚。因此，本文以模式植物拟南芥（Arabidopsisthaliana）和木本植物黄梁木（Neolamarckiacadamba）为材料，探索Tre6P调控下胚轴生长发育的遗传学分子机制，并比较木本植物与草本植物TPS和TPP基因家族的异同，旨在获得和创制TPS基因突变体，为进一步深入研究Tre6P信号通路及其调控的分子机制奠定基础。研究主要结果如下： 1.拟南芥TPS基因T-DNA插入突变体的鉴定。将鉴定出的纯合突变体SALK_144791和SALK_135044分别命名为tps5-1和tps7-1，并确定了T-DNA插入位点分别位于目的基因的第一个外显子上和第三个内含子上。对tps5-1和tps7-1进行RNA完整性鉴定，表明突变体不具有完整TPS5或TPS7的mRNA。对突变体生长25d的盆栽表型与野生型相比较发现，除突变体基座叶片面积有所减小外，tps5-1、tps7-1与野生型基本一致。此外，突变体种子萌发势在培养24-30h内明显低于野生型。 2.拟南芥野生型种子下胚轴暗培养条件实验结果表明，在1/6MS+20mM蔗糖+6g/L植物凝胶的培养基上培养5d（暗培养2d后光照1d再暗培养2d），其下胚轴的培养效果最佳。拟南芥tps5-1和tps7-1突变体下胚轴伸长生长的表型差异分析结果显示，相比于野生型，突变体tps5-1和tps7-1的下胚轴分别缩短了42.4%和43.4%。简而言之，AtTPS5和AtTPS7基因的突变导致下胚轴的伸长被抑制，说明下胚轴伸长生长中的尖端生长和细胞分裂相关生命活动需要AtTPS5和AtTPS7基因。 3.对拟南芥突变体Tre6P信号相关基因表达差异分析发现，相比于野生型，PIF3基因在突变体tps5-1和tps7-1的表达量分别下降了82.2%和91.3%；HXK2基因在突变体tps5-1和tps7-1上的表达量分别提升了84.8%和93.4%；bZIP11/ATB2、CESA6、KIN10、SUS6、TOR和CINV1基因在突变体tps5-1和tps7-1上的表达量没有明显变化。PIF3和HXK1的表达量能被影响，说明其为Tre6P信号的下游因子。 4.为深入研究Tre6P信号路径，通过CRISPR/Cas9技术获得了TPS5基因的大片段缺失突变体，并命名为tps5-2。突变体tps5-2在起始密码子后第28位碱基开始缺失了271个碱基，并从其T1代株系中获得了T2代的纯合无载体的转基因植株。除突变体基座叶片面积有所减小外，其表型与野生型基本一致。 5.对拟南芥和黄梁木TPS和TPP基因家族进行系统发育和蛋白的保守基序分析发现，NcTPS1b、NcTPS1c、NcTPS7c、NcTPPK1和NcTPPA2为黄梁木TPS和TPP基因家族特有基因。研究黄梁木TPS和TPP基因家族在不同组织发育时期表达模式进行分析发现，NcTPS11a、NcTPS11b、NcTPS7a、NcTPS7b和NcTPPA2在根中表达量较高，推测这些基因对黄梁木根中的尖端生长和细胞分裂相关的生命活动进行调控。

作者：

张丽素

展开 >

关键词：

黄梁木海藻糖-6-磷酸合酶海藻糖-6-磷酸磷酸酶下胚轴伸长生长

授予学位：

硕士

学科专业：

林木遗传育种

导师：

Erik E.Nielsen、彭昌操

学位年度：

2021

学位授予单位：

华南农业大学

语种：

中文

中图分类号：