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受体激酶serks通过ABA信号途径调控拟南芥种子萌发的机理及其互作蛋白的筛选

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受体激酶SERKs通过ABA信号途径调控拟南芥种子萌发的机理及其互作...

作者：杨菲兰州大学

学位级别：硕士

植物受体激酶SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASES（serks）参与调控了很多生命活动,Atserks在调控拟南芥胚胎发育的过程中发挥着重要作用。serk1/2/3三重缺失突变体的种子畸形,萌发延迟。生理实验发现serk1/2/3突变体对ABA超... 详细信息

植物受体激酶SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASES（serks）参与调控了很多生命活动,Atserks在调控拟南芥胚胎发育的过程中发挥着重要作用。serk1/2/3三重缺失突变体的种子畸形,萌发延迟。生理实验发现serk1/2/3突变体对ABA超敏感,种子萌发受到明显抑制,并且serk1/3、serk2/3同样表现为对ABA超敏感。通过RNA-seq测序发现serk1/2/3突变体中ABA信号通路相关的ABA INSENSITIVE 5（ABI5）、PYR1-LIKE 2（PYL2）、DELAY OF GERMINATION 1（DOG1）等基因的表达量变化明显。snrk2.2/2.3双突变可以缓解serk1/2/3突变体对ABA超敏感的表型。初步怀疑serks可能与PP2Cs相互作用,调控下游SnRKs的激酶活性,磷酸化下游的转录因子（如ABI5）,从而调控种子的萌发过程。显微观察发现serk1/2/3突变体具有与yda、mkk4/5突变体类似的胚胎发育缺陷表型,serks可以通过MPK信号级联反应调控拟南芥胚胎发育。但是,研究发现serks不能直接与YDA相互作用,二者之间可能存在其他蛋白能够将来自serks的信号传递给下游的YDA。我们推测参与这一过程的基因是一组胞质受体激酶RLCKs。为了找到这一组胞质受体激酶,我们利用酵母双杂交技术筛选可以与serks互作的RLCKs,并通过eFP Browser查阅了所有RLCKs的表达模式,筛选可能的RLCK亚家族,最终鉴定到RLCK XVII、RLCK X、RLCKⅠ三个亚家族。利用正向遗传学的方法,订购了RLCK X家族的RLCK588、RLCK590、RLCK591的T-DNA插入缺失突变体种子,并利用Crispr-Cas9技术得到了RLCK589基因基因编辑的种子,通过遗传杂交的手段构建了四重缺失突变体rlck588/589/590/591。通过表型观察发现,rlck588/589/590/591突变体可以正生长。启动子表达模式分析发现RLCK588和RLCK591在气孔中表达,推测RLCK X家族可能与ABA信号途径有关。

关键词：受体激酶 serks 脱落酸种子萌发胚胎

SERK Receptor-like Kinases Control Division Patterns of Vascular Precursors and Ground Tissue Stem Cells during Embryo Development in Arabidopsis

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Molecular Plant 2019年第7期12卷 984-1002页

作者： Huiqiang Li Zeping Cai Xiaojuan Wang Meizhen Li Yanwei Cui Nan Cui Fei Yang Mingsong Zhu Junxiang Zhao Wenbin Du Kai He Jing Yi Frans E.Tax Suiwen Hou Jia Li Xiaoping Gou Ministry of Education Key Laboratory of Cell Activities and Stress Adaptations School of Life Sciences Lanzhou University Lanzhou Gansu 730000 China College of Forestry Hainan University Danzhou Hainan 571737 China Department of Molecular and Cellular Biology University of Arizona Tucson AZ 85721 USA

During embryo development, the vascular precursors and ground tissue stem cells divide to renew them-selves and produce the vascular tissue, endodermal cells, and cortical cells. However, the molecular mech-anisms regulating division of these stem cells have remained largely elusive. In this study, we show that loss of function of SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-UKE KINASE (SERK) genes results in aberrant em-bryo development. Fewer cortical, endodermal, and vascular cells are generated in the embryos of serk1 serk2bak1 triple mutants. WUSCHEL-RELATED HOMBOBOX5 (WOXS) is ectopically expressed in vascular cells of serkl serk2 bak1 embryos. The first transverse division of vascular precursors in mid-globular em-bryos and second asymmetric division of ground tissue stem cells in early-heart embryos are abnormally altered to a longitudinal division. The embryo defects can be partially rescued by constitutively activated mitogen-activated protein kinase (MAPK) kinase kinase YODA (YDA) and MAPK kinase MKK5. Taken together, our results reveal that SERK-mediated signals regulate division patterns of vascular precursors and ground tissue stem cells, likely via the YDA-MKK4/5 cascade, during embryo development.

关键词： embryo ground tissue stem cell MKK4 MKK5 serks vascular precursors

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拟南芥生殖发育突变体筛选

拟南芥生殖发育突变体筛选

作者：潘茜兰州大学

学位级别：硕士

对模式植物拟南芥的生殖发育分子机制的研究一直是植物生物学的热点领域,试图揭示高等植物生殖器官形成、雌雄配子体发生、双受精过程及合子胚胎形成与发育等一系列重要生理过程及其分子调控机理。近年来已经发现很多基因参与调控这些过... 详细信息

对模式植物拟南芥的生殖发育分子机制的研究一直是植物生物学的热点领域,试图揭示高等植物生殖器官形成、雌雄配子体发生、双受精过程及合子胚胎形成与发育等一系列重要生理过程及其分子调控机理。近年来已经发现很多基因参与调控这些过程,其中受体激酶SERK家族成员参与调控拟南芥花药、胚珠和胚胎发育,但serks通过何种信号途径参与拟南芥胚珠发育过程并不清楚。为了分离和研究serks介导的信号通路中的新组分,我们构建了拟南芥胚珠和心形期胚胎的cDNA文库,并进行了大规模植物遗传转化和生殖发育突变体筛选。利用Gateway技术构建了拟南芥FG1期胚珠的反义RNA文库,转化serk2serk3双重缺失突变体并进行大规模筛选,我们己获得了13株具有稳定遗传表型的突变体,通过突变体表型观察、胚珠透明和显微观察、花粉染色和显微观察等实验初步判断突变体表型缺陷的原因。部分突变体在营养生长时期出现缺陷表型,大多数突变体的育性下降。其中,共有6株突变体表现出雄配子体不育,4株突变体出现雌配子体不育,1株突变体胚胎发育异常。对这些突变体的研究将可能深入揭示serks调控胚珠及胚胎发育的分子机理。

关键词： cDNA文库反义RNA serks 胚珠胚胎拟南芥

拟南芥生殖发育突变体筛选及MPKs和MKKs的表达模式分析

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拟南芥生殖发育突变体筛选及MPKs和MKKs的表达模式分析

作者：张冬洋兰州大学

学位级别：硕士

serks属于拟南芥富含亮氨酸重复序列类受体激酶的一个亚家族。该家族成员在调控拟南芥生殖生长过程中发挥着重要的作用。为了筛选参与serks介导的拟南芥生殖发育过程的因子,我们用SERK1的启动子驱动胚珠cDNA文库在serk2 serk3双突变体... 详细信息

serks属于拟南芥富含亮氨酸重复序列类受体激酶的一个亚家族。该家族成员在调控拟南芥生殖生长过程中发挥着重要的作用。为了筛选参与serks介导的拟南芥生殖发育过程的因子,我们用SERK1的启动子驱动胚珠cDNA文库在serk2 serk3双突变体中反义表达,以期沉默相关基因。通过筛选得到了17株具有生殖发育缺陷的突变体,命名为cos突变体。我们对这些cos突变体的胚珠、花粉、胚胎等进行了详细的表型观察和分析。其中,有9株突变体胚囊发育异常,2株突变体雄配子体发育异常,1株突变体胚胎发育异常。MAPK信号通路也参与调控拟南芥的生殖发育过程。为了确定MAPK信号通路中的哪些成员在serks下游参与调控拟南芥的生殖发育过程,我们克隆了MPKs和MKKs的启动子,构建了它们驱动GUS报告基因的转基因植物,分析了这些成员在拟南芥胚珠、花粉和胚胎中的表达模式。分析结果表明,有4个基因在成熟胚珠中表达,14个基因在成熟花粉中表达,7个基因在胚胎发育的某些时期表达。

关键词：拟南芥胚胎 MAPK途径胚珠花粉 serks

玉米LRR Ⅱ家族受体激酶的鉴定与功能分析

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玉米LRR Ⅱ家族受体激酶的鉴定与功能分析

作者：梁婉兰州大学

学位级别：硕士

植物类受体激酶(Receptor-like kinases,RLKs)对于细胞与细胞以及细胞与外界环境的通讯有着重要的作用,能够协调植物细胞间的功能,从而控制细胞的生长、分裂、组织发生与形态建成等。拟南芥中有610多个RLKs,其中富含亮氨酸重复类受体激... 详细信息

植物类受体激酶(Receptor-like kinases,RLKs)对于细胞与细胞以及细胞与外界环境的通讯有着重要的作用,能够协调植物细胞间的功能,从而控制细胞的生长、分裂、组织发生与形态建成等。拟南芥中有610多个RLKs,其中富含亮氨酸重复类受体激酶(LRR-RLKs)是最大的一个家族,至少含有223个成员。拟南芥LRR II-RLKs共有14个成员,研究较为深入的是SERK亚家族的5个成员。serks在油菜素内酯信号转导、植物免疫反应、花药发育、气孔模式建成及花器官脱落等过程中都发挥着非常重要的作用。除此之外,我们实验室未发表的研究结果表明,serks在胚胎发育过程中也发挥着非常重要的作用。对拟南芥LRR II-RLKs另外一个我们命名为CIK(CLV3 INSENSITIVE RECEPTOR KINASE)亚家族成员的研究发现,它们作为共受体在拟南芥分生组织稳态的维持方面有着重要功能。玉米作为重要的粮食作物、饲料及工业加工原材料,在国民经济中具有重要的地位,但目前对玉米LRR II-RLKs的研究还罕见报道。本研究通过NCBI数据库对玉米LRR II-RLKs的序列进行比对,鉴定到17个LRR II-RLKs,分别编号为Zm-1m-17。我们通过Gateway技术克隆到其中14个LRR II-RLK基因,将它们分别转化到拟南芥油菜素内酯的受体弱突变体bri1-5、胚胎发育缺陷突变体serk1 serk2 serk3以及分生组织发育缺陷弱突变体cik1/2/4中,期望鉴定到能够抑制突变体表型的基因。通过对转基因材料的表型分析,共筛选到三个基因Zm-8、Zm-16和Zm-17能够抑制bri1-5的表型,使其叶片更加平展、叶柄伸长、植株变高。这三个基因同样能够部分恢复serk1 serk2serk3胚胎发育缺陷的表型,超表达材料子叶期胚胎子叶和下胚轴明显伸长。这些结果表明,玉米中的Zm-8、Zm-16和Zm-17与Atserks的功能相似。在cik1/2/4背景下,共筛选到4个基因Zm-7、Zm-9、Zm-11和Zm-13能够抑制突变体分生组织变大的表型,并且体外施加CLV3多肽可以不同程度的抑制它们的根长,这表明玉米中至少有4个基因与AtCIKs的功能相似。以上结果表明,单子叶植物玉米和双子叶植物拟南芥的LRR II-RLK基因具有功能保守性,我们推测玉米LRR-RLK基因在多种生长发育过程及对环境响应过程中也发挥着重要的作用。本研究为后续揭示玉米中serks及CIKs的生物学功能奠定了基础。

关键词： CIKs serks 类受体激酶拟南芥玉米