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杨树转录因子ptomyb48在次生壁合成调控中的功能研究

杨树转录因子PtoMYB48在次生壁合成调控中的功能研究

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作者：赵怡昕西南大学

学位级别：硕士

杨树是我国用于植树造林主要的树种,因其具有易培育、生长快的特点,对防风固沙、荒漠绿化具有重要意义。同时,杨树也是重要的木材资源树种,广泛应用于建筑业、造纸业和饲养业。基于这些特点,杨树一直以来都是我国林木遗传学研究的重点... 详细信息

杨树是我国用于植树造林主要的树种,因其具有易培育、生长快的特点,对防风固沙、荒漠绿化具有重要意义。同时,杨树也是重要的木材资源树种,广泛应用于建筑业、造纸业和饲养业。基于这些特点,杨树一直以来都是我国林木遗传学研究的重点。木材作为植物茎干主要的成分之一,是可再生生物能源的重要来源,其最主要的组成成分是次生细胞壁,次生细胞壁在植物果实发育及抗病等生长发育过程中均有重要的生理功能。目前,杨树作为重要的木材资源树种,对其育种的研究已经从基础手段进入到转基因研究阶段,大量转基因手段改造过内部基因的杨树表现出优良的特性,尤其是一些改变了木材组分和各组分含量的杨树品种,为人类社会带来了极大的经济效益,也推动了木本物中次生壁合成网络的阐明。随着新疆杨、毛果杨与胡杨全基因组测序的完成,近年来多种杨树的遗传转化再生体系相继建立,杨树已发展成为木本模式植物。次生壁的主要组成成分之一是木质素,木质素的生物合成通过苯丙烷代谢途径来完成。该途径以苯丙氨酸(Phenylalanine)和酪氨酸(Tyrosine)为底物,在PAL、C4H等关键酶的催化下,通过下游特异性分支途径,合成次生代谢产物——木质素。课题组前期通过对木质部合成缺陷的拟南芥突变体wat1进行转录组分析,找到了几个表达差异十分显著的转录因子(AT3G46130、AT1G17950、AT3G11280.1),推测其可能与次生壁合成途径相关,本文以毛白杨为研究对象,从这些转录因子中通过筛选、克隆获得了毛白杨MYB家族转录因子ptomyb48,对其在调控毛白杨次生壁的生物合成和苯丙烷代谢途径中行使的生物学功能进行了系统研究。主要结果如下:1、ptomyb48是一个定位在核中的转录激活子对多个可能影响次生壁生物合成的基因进行组织特异性分析,发现ptomyb48在茎中表达量高。对其进行亚细胞定位与转录激活实验,证实了ptomyb48是一个定位在细胞核中的转录激活因子。2、超量表达ptomyb48促进次生壁合成在毛白杨中超量表达ptomyb48,通过PCR扩增、q RT-PCR检测表达水平、Western Blot验证后筛选得到的高表达阳性植株,相较野生型毛白杨植株变矮,节间变短。间苯三酚、甲苯胺蓝染色发现,与野生型相比,超表达ptomyb48株系的木质素含量明显增多,次生壁增厚;木质素自发荧光检测结果显示ptomyb48超量表达植株的木质素自发荧光形成的荧光环明显宽于野生型植株的木质素自发荧光环,这一结果也佐证了ptomyb48超量表达会引起木质素含量的升高,证实超量表达ptomyb48能够促进次生壁的合成。3、ptomyb48通过上调苯丙烷代谢途径中的关键酶基因促进木质素的生物合成通过野生型与超量表达ptomyb48的转基因毛白杨的转录组分析结果显示,一共有2841个差异表达基因。对差异表达基因的KEGG注释结果进行针对性分析,发现在毛白杨中超量表达ptomyb48后,苯丙烷合成途径中的多个关键调控基因均发生了上调,如PAL、4CL、COMT、F5H等。以上结果显示,ptomyb48作为一个转录激活因子,在毛白杨次生壁生物合成过程中起了正调控作用,并极有可能是通过上调苯丙烷代谢途径中的一些关键酶基因,促进木质素的合成,从而实现对次生壁生物合成的这一过程的正调控。

关键词：毛白杨 ptomyb48 次生壁木质素转录因子

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