拟南芥CKRW1基因和GFC1基因的功能研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lxlhenhao
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通过正向遗传学筛选鉴定生长素缺陷突变体一直被认为是很困难的,因为生长素吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)的合成途径分支多且复杂、部分步骤对应的基因功能冗余、生长素的功能是重要且多样,因而很难找到一种合适的表型(Phenotype)来建立一种有效的筛选体系。直至最近,通过植物对乙烯(Ethylene)、庇荫(Shade)、萘氨甲酰苯甲酸(N-1-naphthylphthalamicacid, NPA)、细胞分裂素(Cytokinin, CK)的不同效应,同时筛选到了生长素缺陷突变体tryptophan aminotransferase of Arabidopsis 1 (taal)。本实验室以往工作发现细胞分裂素能特异性诱导突变体taal/CK-induced root curling (ckrc1)根卷曲生长,那么也可以利用ckrc表型建立起生长素缺陷突变体的筛选体系。通过大规模过饱和筛选,以及筛选后的表型观察、等位分析、化学互补等实验,发现筛选得到的突变体都是和生长素相关的,其中group Ⅰ中的突变体和生长素的运输相关,而group Ⅱ和Ⅲ中的突变体都是生长素缺陷突变体,去除已经鉴定为已知基因[CKRC1、WEAK ETHYLENE INSENSITIVE 2 (WEI2)、WEI7]的等位的突变体,共得到了6个新突变体,可以被外源的IAA恢复反式玉米素(trans-Zeatn,tZ)诱导的根卷曲(除突变体ckrw1外);可以被外源IAA恢复tZ诱导的向地性缺陷;可以被低浓度IAA (0.01μM)诱导促进根的生长,并且LC-MRM-MS测定结果验证了它们的内源生长素水平显著降低。这意味着ckrc筛选体系是一种有效分离生长素缺陷突变体的手段。CK-induced root waving 1 (ckrw1),是从T-DNA插入突变体库中分离出来的一个弱表型突变体,与其他ckrc/w突变体相比,突变体ckrw1的表型不完全相同,比如,只有生长素2,4-二氯苯甲酸(2,4-dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D)能互补其根卷曲表型。突变体ckrw1是突变体wavy growth 3 (wav3)的等位突变体,在过去的研究中揭示基因WAV3和根的弯曲及向地性反应有关。LC-MRM-MS测定结果显示突变体ckrw1中内源生长素水平显著降低。以上这些结果表明突变体ckrw1可能不是一个单纯的生长素缺陷突变体。细胞分裂素(cytokinin, CK)调节植物的生长发育是通过细胞分裂素信号双元组分系统(two-component signaling pathway)来实现的。通过遗传学筛选,我们分离了一个拟南芥突变体grow fast on cytokinins 1 (gfc1),它表现为在细胞分裂素诱导下地上部分生长较野生型大。突变体gfc1是已经报道的基因DEFECTIVE IN CUTICULAR RIDGES (DCR)的等位突变体,基因GFC1/DCR编码一个(Benzylalcohol O-acetyltransferase、Anthocyanin O-hydroxycinnamoyltransferase、anthranilate N-hydroxycinnamoyl/benzoyltransferase、Deacetylvindoline 4-O-acetyltransferase) BAHD家族的酰基转移酶(ACYLTRANSFERASE),体外具有二酰基转移酶(DIACYLGLYCEROLACYLTRANSFERASE, DGAT)活性,在机体内参与表皮角质的合成。在本论文中,组织培养、不定根诱导、暗下下胚轴伸长等实验都证明,突变体gfc1/dcr是一个细胞分裂素不敏感(CK insensitive)突变体。在突变体中,基因type-A Arabidopsis Response Regulator (ARR)的基础表达量提高,这可能是突变体对细胞分裂素不敏感的部分原因。另外突变体gfc1/dcr还表现出去黄化(de-etiolation)表型,即在黑暗生长中表现出光形态建成(photomorphogenesis)的某些表型。其他的参与角质合成的突变体中,同为酰基转移酶基因突变的glycerol-3-phosphate acyltransferase 4/8 (gpat4/8)双突变体表现出和突变体gfcl/dcr类似的表型,而羟基脂肪酸合成酶基因突变的cytochrome p450, family 86, subfamily A, polypeptide 2/aberrant induction of type three 1 (cyp86A2/attl)没有类似于突变体gfc1/dcr表型。这意味着在拟南芥中,酰基转移酶(ACYLTRANSFERASE)可能和细胞分裂素的响应及暗形态建成(skotomorphogenesis)有关。
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