拟南芥Athspr基因在细胞扩展中的作用及Athspr启动子的维管组织特异性表达分析

作     者：李孝影 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王崇英

授予年度：2014年

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 09[农学] 071007[理学-遗传学] 0901[农学-作物学] 090102[农学-作物遗传育种] 

主      题：拟南芥 Athspr 维管发育 细胞骨架 启动子 GUS 

摘      要：植物细胞扩展是植物组织器官形态建成中的重要环节,而维管组织和细胞骨架在组织器官发育及形态建成中也具有重要作用。此外,细胞骨架对于植物的抗逆性也至关重要。本实验室采用T-DNA介导的基因诱捕技术筛选得到一个具有多效表型的拟南芥突变体,根据前期对突变体基因的分析将其命名为Athspr (Arabidopsis thaliana heat shock protein related)突变体。与野生型C24相比,Athspr突变体的各组织器官体积均减小,其中果荚缩短变粗是突变体的稳定表型,Athspr突变体还对NaCl胁迫十分敏感。此外,Athspr突变体中携带的GUS标签普遍表达于拟南芥各组织器官的维管系统。根据前期研究,我们推测Athspr突变体的矮化表型可能是由细胞形态发生变化或维管组织发育异常所致。而细胞骨架作为细胞中普遍存在的结构,维管组织的发育同样需要正常细胞骨架的维持。为了进一步研究Athspr基因在细胞形态建成及维管组织发育中的作用,本研究采用组织化学及荧光染色、载体构建和转基因技术,结合显微观察,从组织和细胞水平对Athspr突变体进行了分析,研究了Athspr基因在植物细胞形态建成、维管组织发育及盐耐受性中的可能作用。主要结果如下：1.通过石蜡切片和扫描电镜观察发现,与野生型C24相比,Athspr突变体下胚轴表皮细胞、叶柄细胞和花柱顶端的乳头状细胞显著缩短,瓣膜外表皮细胞径向扩展且形状不规则,胚座框及其中的维管束变细,子房内胚珠发育相对滞后。2.通过细胞骨架荧光染色观察,发现Athspr突变体与野生型下胚轴细胞中的微丝骨架存在差异,即正常生长条件下,Athspr突变体下胚轴拥有正常形态微丝的细胞比例低于野生型,且突变体下胚轴具有径向分布微丝的细胞比例高于野生型：用50mM NaCl处理后,Athspr突变体中微丝骨架紊乱程度显著提高,其中在Athspr突变体下胚轴中,微丝紊乱的细胞所占比例比野生型高出12.6%。3.在Athspr突变体和17k-proAthspr::GUS转基因植株中,Athspr基因启动子驱动的GUS广泛表达于各组织器官的维管组织,主要在花序茎中的维管形成层、木质部及韧皮部中表达,且在SAM、真叶叶脉、叶柄、下胚轴与根的交接处以及侧根分支点处表达强烈。4.通过克隆4.3k(4235bp)的Athspr基因长启动子,构建该启动子驱动的GUS表达载体proAthspr::GUS,将该载体转化拟南芥野生型C24,筛选得到17个T1代转基因系。通过GUS染色观察,发现在该转基因植株所有组织器官的维管组织中均有GUS表达,包括萼片、花瓣、花丝,以及果荚中的花柱、胚座框、瓣膜和隔膜中的维管组织。5.用不同的植物激素处理10天大的Athspr突变体和:GUS转基因幼苗,结果发现在转基因系中Athspr启动子驱动的GUS表达均可被50μM IAA、GA和6-BA诱导上调,其中GA诱导的GUS表达染色最深,而突变体对上述激素处理不敏感。以上研究结果表明Athspr基因在植物细胞形态建成和拟南芥维管组织发育中可能具有重要作用,且Athspr基因可能参与了微丝骨架形态结构的维持。此外,Athspr基因可能通过微丝骨架参与盐胁迫应答,且Athspr基因的表达和功能发挥可能受到不同激素信号的调控。