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锥形细胞是一类特殊的几何结构,最早是在金鱼草的花瓣中被发现,其独特的细胞形态对于虫媒的稳定着陆、花瓣表面温度和湿度的维持、光的反射作用等具有重要的生理意义。拟南芥中也有报道,ARF、JAGGED、MYB、RHM1等蛋白参与了锥形细胞的形态建成,但对于锥形细胞的形成机制研究非常少见,本文通过对拟南芥中ANGUSTIFOLIA(AN)蛋白的相关研究,来解释锥形细胞形态建成的机制。
本课题对an-t1进行EMS诱变,成功鉴定到了an-t1的增强子KATANIN1(KTN1)。通过遗传分析发现,AN、KTN1参与了拟南芥的铺板细胞、表皮毛以及锥形细胞的形态发育。Oryzalin、Latrunculin A的药剂处理实验以及遗传突变体ktn1-4、clasp、和arp2的遗传表型分析表明,微管在锥形细胞发育的过程中起着重要的调控作用,而不是微丝。体内CoIP的实验说明,AN和KTN1并没有直接的物理相互作用,在遗传功能上是协同关系。以上结果说明,AN、KTN1通过调控细胞周质微管的排列方式来控制花瓣锥形细胞的形态建成。
本文研究发现,AN具有一个典型的NAD-binding结构域,同时an-t1的锥形细胞中有明显的O2·–和H2O2积累。H2O2、PG和KI的药剂处理以及CA-ROP2的遗传分析表明,ROS会影响锥形细胞的形态发育,导致高度减小、顶端各向异性减小。在锥形发育早期,O2·–水平较高,但H2O2的水平很低,此时正是锥形向上突出的时段。在发育后期O2·–和H2O2都维持在一个比较高的水平,此时锥形细胞的顶端各向异性生长已经停止。此外,H2O2的施加可以导致微管的排列紊乱,各向异性减小。以上结果说明,ROS参与了锥形的整个发育过程,早期O2·–可以促进锥形的突出,后期ROS抑制其顶端各向异性生长,这是一个动态的平衡过程,过多或过少的ROS都会破坏这个平衡过程,从而影响到锥形细胞的生长发育过程。与此同时,本文证实AN还可以通过调控ROS,进而去影响子叶铺板细胞以及表皮毛等其他的细胞形态,说明AN对于拟南芥的细胞形态建成的调控是广谱性的。此外,AN还受到ROS的负反馈调节,AN功能的缺失对ROS相关蛋白ROP2的活性没有显著性影响。
综上所述,AN和KTN1在控制锥形细胞形态上属于遗传上的协同关系,没有直接的物理互作。KTN1通过自身的微管切割活性来调控微管的排列方式,进而调节锥形细胞的生长发育。AN表达受到ROS的抑制,同时AN可以通过调节O2。–和H2O2的平衡,从而影响微管的组织排列来控制锥形细胞的形态建成。本文的研究对于研究锥形细胞的进化史、花卉品种选育以及靠虫媒授粉作物的改良都具有一定的理论指导和实际意义。
本课题对an-t1进行EMS诱变,成功鉴定到了an-t1的增强子KATANIN1(KTN1)。通过遗传分析发现,AN、KTN1参与了拟南芥的铺板细胞、表皮毛以及锥形细胞的形态发育。Oryzalin、Latrunculin A的药剂处理实验以及遗传突变体ktn1-4、clasp、和arp2的遗传表型分析表明,微管在锥形细胞发育的过程中起着重要的调控作用,而不是微丝。体内CoIP的实验说明,AN和KTN1并没有直接的物理相互作用,在遗传功能上是协同关系。以上结果说明,AN、KTN1通过调控细胞周质微管的排列方式来控制花瓣锥形细胞的形态建成。
本文研究发现,AN具有一个典型的NAD-binding结构域,同时an-t1的锥形细胞中有明显的O2·–和H2O2积累。H2O2、PG和KI的药剂处理以及CA-ROP2的遗传分析表明,ROS会影响锥形细胞的形态发育,导致高度减小、顶端各向异性减小。在锥形发育早期,O2·–水平较高,但H2O2的水平很低,此时正是锥形向上突出的时段。在发育后期O2·–和H2O2都维持在一个比较高的水平,此时锥形细胞的顶端各向异性生长已经停止。此外,H2O2的施加可以导致微管的排列紊乱,各向异性减小。以上结果说明,ROS参与了锥形的整个发育过程,早期O2·–可以促进锥形的突出,后期ROS抑制其顶端各向异性生长,这是一个动态的平衡过程,过多或过少的ROS都会破坏这个平衡过程,从而影响到锥形细胞的生长发育过程。与此同时,本文证实AN还可以通过调控ROS,进而去影响子叶铺板细胞以及表皮毛等其他的细胞形态,说明AN对于拟南芥的细胞形态建成的调控是广谱性的。此外,AN还受到ROS的负反馈调节,AN功能的缺失对ROS相关蛋白ROP2的活性没有显著性影响。
综上所述,AN和KTN1在控制锥形细胞形态上属于遗传上的协同关系,没有直接的物理互作。KTN1通过自身的微管切割活性来调控微管的排列方式,进而调节锥形细胞的生长发育。AN表达受到ROS的抑制,同时AN可以通过调节O2。–和H2O2的平衡,从而影响微管的组织排列来控制锥形细胞的形态建成。本文的研究对于研究锥形细胞的进化史、花卉品种选育以及靠虫媒授粉作物的改良都具有一定的理论指导和实际意义。