【摘 要】
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分生组织维护与分化决定植物的生长发育。毛竹(Phyllostachys edulis)是我国最重要的经济竹种之一,具有经济、生态的双重效益。毛竹开花发育和克隆繁殖一直是竹类植物研究的热点和难点。初生分生组织和次生分生组织形态的建成、维护和发育是这些关键器官发育的基础。WOX家族基因成员对植物形态建成有重要的调控作用。挖掘毛竹分生组织相关的WOX基因,研究WOX基因对毛竹发育的调控机制,具有重要的理
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划“竹资源高效培育关键技术研究”(编号:2018YFD0600100); ICBR基础研究基金(编号:1632018006)国际竹藤中心基本科研业务费专项资金“生长素相关基因在毛竹笋发育过程中的作用”(编号:1632017004);
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分生组织维护与分化决定植物的生长发育。毛竹(Phyllostachys edulis)是我国最重要的经济竹种之一,具有经济、生态的双重效益。毛竹开花发育和克隆繁殖一直是竹类植物研究的热点和难点。初生分生组织和次生分生组织形态的建成、维护和发育是这些关键器官发育的基础。WOX家族基因成员对植物形态建成有重要的调控作用。挖掘毛竹分生组织相关的WOX基因,研究WOX基因对毛竹发育的调控机制,具有重要的理论意义和实践价值。本研究以植物界WOX家族进化为切入点,分析了WOX家族成员进化与功能分化的关系;研究了竹亚科物种分化过程中,不同倍性草本竹和木本竹WOX家族基因的进化和扩增过程;分析WOX家族成员在毛竹代表性分生器官的表达模式,筛选了毛竹顶端分生组织、侧生分生组织和花分生组织发育相关的WOX基因;通过筛选毛竹笋的酵母文库,初步筛选了与WOX蛋白互作的蛋白因子;通过在水稻中转化WOX基因,初步验证了WOX基因的功能。主要研究结果如下:1、在竹亚科植物中,鉴定了12个OlaWOX、9个RguWOX、18个GanWOX、27个PheWOX和26个BamWOX基因,分为古老分枝、中间分枝和WUS分枝。植物界WOX家族基因的进化极为保守,受到强烈的纯化选择作用。大片段DNA复制和木本竹多倍化是竹亚科WOX家族成员进化和扩增的主要驱动力。竹亚科WOX4s和WOX5s在基因结构、mRNA、蛋白结构乃至转录调控水平上均具有较高的保守性。在竹亚科中,WOX4s的启动子区上的保守位置发现了AP2/ERF蛋白结合区与B3蛋白结合区;WOX5s的启动子区上的保守位置发现了MYB蛋白和Dof蛋白的结合区;在WOX3s的启动子上发现了与开花相关的MADS结合位点。2、基于已经公布的转录组公共数据,发现PheWOX11、PheWOX12和PheWOX5在根组织中特异性高表达,而且对生长素处理敏感,可能参与生长素诱导的毛竹根发育的过程。PheWOX4c在毛竹茎顶端组织(包括笋顶端组织和鞭顶端组织)中活跃表达,可能参与了茎顶端分生组织的维护和分化。PheWOX3b在花芽和雌蕊中特异性高表达;在毛竹花发育早期,从花芽期到花序伸长期持续活跃表达,可能参与调节毛竹花发育早期的形态建成过程。3、PheWOX3b1.1、PheWOX3b1.2、PheWOX4c、PheWOX13a和PheWOX13b转录因子均定位在植物细胞核中。属于WUS clade的PheWOX3b1.1、PheWOX3b1.2和PheWOX4c均不具有转录激活活性。属于Ancient clade的PheWOX13a和PheWOX13b具有转录激活活性,且其转录激活结构域为Motif 6。通过筛选酵母双杂交文库鉴定了PheWOX13a可以与GIF蛋白互作。4、PheWOX3b的两个可变剪接体PheWOX3b1.1和PheWOX3b1.2具有不同的分子功能。在水稻中超表达PheWOX3b1.2导致水稻叶片中维管束的数目发生改变,中脉中维管束发育的位置紊乱,导致叶片不规则扭曲,叶脉间叶面积增大。而超表达PheWOX3b1.1的水稻叶片表型与野生型无异。WUS box结构对PheWOX3b在水稻中的功能有重要的影响。
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