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果胶是植物细胞壁的主要成分之一,其结构和功能与酯化程度密切相关。PME使果胶去甲酯化形成果胶酸和甲醇,果胶甲基酯酶抑制蛋白(PMEI)抑制PME活性。研究发现BR信号能够调节细胞壁果胶甲酯化状态,而果胶甲酯化状态亦能反馈调节BR信号传递。虽然已有大量研究表明BR在植物生长发育中具有重要作用,然而细胞壁果胶及其甲酯化变化在BR作用下对生长发育的影响及其机理尚不明确。本论文以拟南芥为材料,通过分子生物学与遗传学的方法,研究了PME41和PMEI7在BR调节植物生长和发育中的作用及其相互关系。本论文主要得到以下研究结果:1.构建了35S::PME41植物表达载体,并将其转入拟南芥Col-0野生型获得了PME41基因过表达(oxPME41)转基因植株,通过人工杂交的方法,获得了BR合成突变体det2与oxPME41的杂交植株oxPME41/det2以及det2与pme41突变体的杂交植株pme41/det2,分析了不同基因型植物中的PME活性。结果显示,与非转基因植株相比,oxPME41和oxPME41/det2的PME活性升高,表明PME41在植物中具有果胶甲基酯酶活性。然而,与野生型相比,pme41突变、det2突变体以及pme41/det2中的PME活性均没有显著变化,表明PME41对组织整体的PME活性没有显著贡献。2.构建了PME41-pro::GUS的植物表达载体,并将其转入拟南芥Col-0野生型获得了PME41-pro::GUS转基因植株,分析了PME41的组织表达特异性。结果显示,12天幼苗中,GUS在子叶、真叶、根的成熟去和伸长区中表达量较高,而在下胚轴、叶柄、根尖的根冠和分生区中表达量极低。萼片、花柱中均能检测到GUS的表达,而在花瓣、花药以及柱头上几乎没有表达。随着花发育时期的变化,第13、14期花丝里的表达增强。这些结果表明PME41在植物的不同组织中表达量有较大差异,可能在花丝发育中具有重要的作用。3.构建了35S::PMEI7植物表达载体,并将其转入拟南芥Col-0野生型获得了PMEI7基因过表达(oxPMEI7)转基因植株,通过人工杂交的方法,获得了BR合成突变体det2与oxPMEI7的杂交植株oxPMEI7/det2,分析了转基因对PME活性的影响。结果显示,oxPMEI7中的PME活性降低,oxPMEI7/det2中的PME活性变化不大。结果说明PMEI7具有果胶甲基酯酶抑制蛋白活性,但其抑制作用可能与BR相关。4.分析了PME41、PMEI7和BR合成突变对拟南芥根的生长的影响。结果发现,与Col-0野生型相比,det2显著抑制根的生长,具有极短的根,而pme41突变体、PME41或PMEI7过表达植株的根长均与野生型相近。有意思的是,pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/det2的根长均显著大于det2,部分修复了det2突变体的生长缺陷表型。对PME41/PMEI7修复det2根生长的机理进行了初步分析,发现pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/det2的根尖伸长区细胞明显地比det2长,进而影响根的伸长,这可能是引起它们根长变化的主要原因之一。5.分析了PME41、PMEI7和BR合成突变对拟南芥不同发育时期的影响。结果发现,与det2相比,pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/det2表现出莲座叶变大,花序分枝数增加,果荚变小,种子体积增大,数量减少等表型。对PME41/PMEI7降低det2育性的机理进行了初步探讨,发现pme41、oxPME41或oxPMEI7不影响det2的花粉粒活性和花粉管长度,而花丝长度的统计发现pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/det2的花丝较短,这可能是引起拟南芥长角果大小变化的主要原因。6.qPCR的分析结果表明,BR合成相关基因DET2,CPD和DWF4的表达在pme41,oxPME41以及oxPMEI7植株中有不同程度的下调作用;反过来,在BR的不同突变体det2,dwf4和bri1-116中,一些PME和PMEI基因有不同程度的上调作用,可见果胶甲酯化修饰基因的变化与BR合成基因之间存在密切的关系。此外,相比于在det2中的表达,生长相关基因PRE1及SAUR-AC1在pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/det2中的表达均有不同程度的下调,并且保持相对稳定的状态。以上结果表明内源BR水平的变化与PME和PMEI之间存在复杂的关系。本论文通过分析PME41和PMEI7基因在拟南芥中的作用,研究了细胞壁果胶甲酯化变化对生长发育的影响。结果表明,在内源BR水平正常情况下(Col-0野生型),细胞壁果胶甲酯化变化对生长发育影响不大;但在内源BR水平较低时(det2,BR合成突变),细胞壁果胶甲酯化的改变(甲酯化或去甲酯化)能激活BR信号传递途径,部分恢复BR水平降低导致的生长缺陷,并产生一些特殊的生物学功能。