拟南芥AtHMGB15基因在花粉管萌发生长过程中的功能研究

来源 :中国农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaolianglin
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显花植物拟南芥的雄配子(精细胞)形成于雄配子体(花粉粒)中,花粉粒是一个由一个营养细胞包含两个精细胞组成的三细胞生命单元。在开花时,花粉粒被传递到雌蕊的柱头上,通过互相识别,花粉粒水合萌发出花粉管,花粉管在雌蕊的花粉管通道中进行极性伸长生长并将精细胞输送到雌配子体(胚囊)中完成双受精。因此,花粉萌发和花粉管生长对植物的有性生殖十分重要,但目前对这一过程中的基因表达调控机制还缺乏了解。在前期的研究中,我们研究组利用Ac/Ds基因陷阱和增强子陷阱技术鉴定出转录因子基因AtHMGB15在花粉萌发和花粉管生长中起重要作用。初步的研究结果显示该基因在花粉和花粉管中特异表达,AtHMGB15蛋白定位在花粉的营养核中athmgb15-1突变体花粉在体外培养条件下萌发率降低,遗传传递率显著下降。为了进一步了解AtHMGB15基因在花粉萌发和花粉管生长过程的作用和调控机制,本研究刘athmgb15-1突变体的表型、遗传特性、AtHMGB15的表达模式和AtHMGB15蛋白的功能进行了更为深入和细致的分析研究。结果显示,与野生型相比athmgb15-1突变体的自交结实率显著地降低,角果短小。人工授粉试验显示,athmgb15-1突变体花粉可以在柱头上萌发,但大部分花粉管的生长受到了严重的影响,长度较短,无法把精细胞送入胚囊中进行受精。AtHMGB15编码一个属于植物特有的ARID-HMG蛋白家族的蛋白质,其氨基酸序列与ARID-HMG1、ARID-HMG2和AtHMGB11的具有很高的相似性。遗传分析表明,ARID-HMG1、 ARID-HMG2和AtHMGB11基因的单突变体均不影响雄配子体功能,athmgb15-1athmgb11双突变体的表型则比athmgb15-1突变体的表型明显地增强,说明AtHMGB15和AtHMGB11基因可能具有功能冗余性。AtHMGB15蛋白与ARID-HMG蛋白家族其它成员一样,也具有ARID和HMG-box结构域,能在体外结合具有某种特殊结构的DNA,并能自己形成同源聚合体或与同族的其它成员形成异源聚合体。基因芯片分析比较athmgb15-1突变体与野生型成熟花粉转录组结果显示,1686个基因在athmgb15-1突变体中的表达量发生了明显的变化,其中585个基因的表达量下调两倍以上,1101个基因的表达量上调两倍以上。这些基因包括与细胞壁合成和修饰、信号转导、囊泡运输和转录翻译调控等相关的基因,其中的许多基因已被证实是对花粉发育及花粉管萌发生长非常重要的基因。荧光素酶互补和双分子荧光互补试验显示,AtHMGB15可与花粉转录因子AGL66或AGL104结合。比较athmgb15-1和gl66ag1104-2双突变体的花粉转录谱显示它们可能共同调控花粉中许多基因的转录。遗传分析结果显示athmgb15-1ag166ag1104-2元突变体的表型比athmgb15-1和ag166ag1104-2的表型都有所增强。这些结果表明AtHMGB15是与AGL66和AGL104在同一条调控通路上发挥作用。此外,AtHMGB15还可以与通用转录因子AtTFIIB1和MADS转录因子AGL18相互作用。总而言之,AtHMGB15蛋白可能以同源聚合体的形式,通过与AGL66、AGL104、AGL18和AtTFIIB1等其它转录因子互作调控下游基因的表达,从而调控花粉萌发和花粉管生长。
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