【摘 要】
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丝裂原蛋白活化激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号级联通路在真核生物中高度保守,广泛参与了植物生长发育的多个过程,如配子发生、胚胎发育、衰老、叶片脱落、受精等。植物根系不仅能为植物的地上部分提供结构支持,还有着吸收对植物生长发育至关重要的水分和养分的作用,而植物根尖分生组织的发育对根的生长发育至关重要。本研究探究了MPK3/MPK6级联信号分别在植
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丝裂原蛋白活化激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号级联通路在真核生物中高度保守,广泛参与了植物生长发育的多个过程,如配子发生、胚胎发育、衰老、叶片脱落、受精等。植物根系不仅能为植物的地上部分提供结构支持,还有着吸收对植物生长发育至关重要的水分和养分的作用,而植物根尖分生组织的发育对根的生长发育至关重要。本研究探究了MPK3/MPK6级联信号分别在植物主根发育以及植物叶片外植体根从头再生两个过程中的作用,主要结果如下:1.MPK3/MPK6调控拟南芥主根分生组织发育。我们发现MPK3/MPK6的功能缺失会导致拟南芥主根变短。通过显微观察我们发现mpk3 mpk6条件缺失双突变体的根尖分生区和伸长区的细胞数目显著减少,成熟区细胞长度显著变短。由于伸长区和成熟区的细胞都由分生区发育而来,因此在本研究中我们主要关注MPK3/MPK6对根尖分生区的调控。与根尖分生区发育密切相关的转录调控途径有三条,分别由转录因子SHR/SCR、WOX5和PLT1/PLT2介导。我们分别观察了SHR-GFP,SCR-GFP,WOX5-GFP,PLT1-YFP和PLT2-YFP融合蛋白在突变体中的表达情况,发现MPK3/MPK6的缺失会引起PLT1-YFP和PLT2-YFP表达显著下降。同时在突变体中p PLT1-CFP和p PLT2-CFP表达量也都明显下降,q RT-PCR分析显示突变体根尖PLT1和PLT2的表达量都明显下降。结合以上的所有实验结果,我们认为MPK3/MPK6通过在转录水平调控PLT1/PLT2的表达来控制根尖分生区的发育进而影响主根发育。2.MPK3/MPK6信号调控植物根从头再生过程。植物根系主要由根尖分生区发育而来。在受到机械损伤时,拟南芥的叶片外植体还能还能够形成不定根,这一过程称为根的从头再生。我们也探究了MKK4/MKK5-MPK3/MPK6级联信号在拟南芥叶片外植体根从头再生(De novo root regeneration,DNRR)过程中的作用。在前期实验中,我们发现mkk4/mkk5双突变体材料和mpk3/mpk6条件诱导型双突材料相较于野生型而言,其叶片外植体再生根能力显著下降。生长素在DNRR过程中有十分重要的作用。本研究通过测定叶片外植体损伤部位处在受到损伤后相关激素含量变化情况,我们发现在损伤后IAA在野生型叶片伤口处积累,在mkk4/mkk5和mpk3/mpk6突变体中IAA无法进行积累。而在B5培养基中外源添加了IAA之后,能够有效回复mkk4/mkk5和mpk3/mpk6突变体叶片外植体的再生根能力。q RT-PCR分析也显示,在这个过程中,MAPK级联的缺失导致了与生长素合成相关基因YUC4的表达下降,与生长素转运相关基因PIN1,PIN3的表达也有所下降。综合以上实验结果,我们推测MKK4/MKK5-MPK3/MPK6可能是通过调控了叶片外植体损伤部位生长素的合成和转运,导致生长素无法积累进而影响再生根的过程。
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