磷脂酶C1调控水稻根构型及生长素运输的研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:christian1985
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磷脂分子是细胞膜的主要成分,同时也是细胞中重要的第二信使,其参与调节植物生长发育和响应外界胁迫。磷脂酶能够水解细胞膜上的磷脂组分,产生相应的信号分子从而响应外界信号。植物磷脂酶包括磷脂酶A(PLA)、磷脂酶C(PLC)和磷脂酶D(PLD),而PLC又可根据作用底物的不同分为底物非特异性的PLC(NPC)和磷脂酰肌醇特异性PLC(PI-PLC)。PI-PLC以及底物PIP2和产物DAG、IP3不仅参与响应多种生物胁迫与非生物胁迫,同时也参与了植物激素信号转导以及生长发育的调控。水稻中有4个PI-PLC,其编码基因分别命名为OsPLC1-OsPLC4。实验室的前期工作鉴定了水稻中一个Tos17插入的OsPLC1突变体(osplc1),并发现osplc1突变体的耐盐性显著降低。本论文以osplc1突变体、野生型(日本晴)以及实验室前期构建的OsPLC1全长基因组序列回补得到的COM株系为主要研究材料,对OsPLC1在水稻生长发育过程中的作用进行探究;以osplc1突变体和野生型(日本晴)为背景构建了 DR5::GUS材料对生长素分布作了分析,利用3H标记的生长素(3-indolylacetic acid,[5-3H(N)]-)探究了生长素的极性运输,利用液相色谱-质谱法(LC-MS)分析了生长素含量。结果发现OsPLC1参与了水稻根系等的生长发育以及生长素信号的响应。具体方法及研究结果如下:1.水稻OsPLC1功能缺失导致多效性表型。osplc1突变体的根系发育受抑,具体表现为:种子根的长度变短;不定根发生延迟0.5-1天,生长速度变慢,长度变短,且数量显著减少;种子根上侧根密度增加但是平均长度变短;根毛伸长受抑。在开花期,osplc1突变体柱头数量发生变化,16.2%颖花有3个柱头,0.7%颖花有4个柱头,而野生型颖花均为两个柱头。所有这些异常的生长表型在OsPLC1全长基因组回补突变体得到的COM株系中均被恢复,初步说明OsPLC1参与调控这些生长发育过程。2.对OsPLC1::GUS在水稻根系中进行组织表达模式分析,GUS染色显示OsPLC1在水稻种子根、不定根以及侧根的成熟区表达,且在不定根的表达较强;此外OsPLC1在不定根原基及成熟侧根的基部也有表达。3.IAA(3-Indole acetic acid)处理水稻幼苗后,实时荧光定量分析OsPLC1表达以及用OsPLC1::GUS活性的组织化学方法,结果显示IAA处理后OsPLC1的表达下调,OsPLC1::GUS的染色程度减弱。结果证明IAA对OsPLC1的表达具有抑制作用。4.为了进一步探究OsPLC1参与水稻生长素运输的机制,选用3H标记的生长素(3-indolylacetic acid,[5-3H(N)]-)探究其极性运输,结果显示,osplc1突变体中,茎基部向根尖运输生长素的能力显著升高,而根尖向茎基运输生长素的能力显著降低,表明osplc1突变体中生长素可能在根尖积累。利用农杆菌介导的水稻转基因法构建了WT和osplc1突变体背景下的DR5::GUS材料,GUS活性的组织化学分析结果证实osplc1突变体中生长素在根尖积累高于WT。LC-MS分析表明osplc1突变体与WT的种子根生长素含量没有显著差异。5.对osplc1突变体和WT种子根的向重力性进行分析并通过I2-KI染色来观察根冠中造粉体的积累,结果显示osplc1突变体根对重力的敏感性增加,根冠积累了更多的造粉体,表明OsPLC1可能通过生长素信号影响了根冠造粉体的积累从而调控种子根的向重力性。综上所述,本文通过对osplc1突变体中发育相关的表型分析和相关生长素信号分析,初步探究了 OsPLC1调控水稻生长发育和生长素信号的功能。研究结果揭示OsPLC1可能通过转导生长素信号调控水稻根的构型。
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