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拟南芥中,当叶片极性基因、细胞分裂调控基因以及生长素响应基因发生突变时植株往往呈现出不同程度和类型叶卷曲的表型。通过将叶片卷曲程度数量化可以帮助我们去衡量不同基因突变或是同一基因不同位置发生突变对叶片平展性造成的影响大小,反映不同基因对叶片平展性发育过程的贡献,但由于缺乏一个广泛适用的数量化表征叶卷曲的方法使得这个目的难以达到。因此,我们在原有已发表的关于数量化表征叶卷曲研究的基础上,提出卷曲指数(Curvature Index-CI)的概念和定义方法去表征叶片卷曲的类型和程度,并且利用此方法在拟南芥22个有代表性的叶卷曲突变体或是转基因植株中进行了验证和分析。依据卷曲在叶片上发生的不同部位,利用CI值可以说明叶片整体或是局部的卷曲程度,对生长在同一环境条件下的野生型拟南芥和不同突变体具有广泛适用性。通过比较不同突变体的CI值可以反映出不同基因对叶片平展性的贡献程度和同一基因不同位置突变造成的缺陷程度。
此外,在叶卷指数定义方法的帮助下,我们还研究了HYL1基因调控下的miRNAs通路对叶片平展性影响的分子机理。HYPONASTIC LEAVES1(HYLl)是植物miRNAs生成过程中的一个重要调控因子。拟南芥中HYL1基因的缺失会导致莲座叶上卷,这暗示着HYL1基因通过miRNAs途径调控着叶片的平展性。最近的研究发现关于MIR166g,MIR319α和MIR160c三个MIRNAs基因的显性突变体或转基因植株jbα-lD,jαw-1D和oe-160c分别呈现出三种类型的叶片卷曲。这三个miRNAs的产生都直接受到HYL1基因的调控,但关于HYL1如何通过miRNAs介导的调控途径控制叶片的平展性并不清楚。为了分析miRNAs及其调控的靶基因途径跟hyl1突变体叶卷曲表型之间的关系,我们构建了MIRNAs基因的显性突变体及其靶基因突变体与hyl1构成的多突变体,并分析了叶片的卷曲程度和方向的改变。遗传分析和组织切片结果表明,hyl1突变体的表型可以被jbα-lD较好的回复,但不能被jαw-lD和oe-160c回复;而jbα-lD,jαw-lD和oe-160c所呈现出的叶片表型却都可以不同程度的被hyl1回复。基因表达分析显示hyl1突变体中成熟miR166而非miR319a或miR160累积水平的下降是造成hyl1卷曲表型的直接原因;另一方面,miR319a和miR160的靶基因能够分别调控近轴面属性基因和远轴面属性基因的表达。此外我们发现,叶片卷曲的方向和程度与近远轴属性基因的表达比值(Adaxial-To-Abaxial Ratio---ATA Ratio)存在一定的相关性。我们认为,HYL1基因通过miRNAs介导的调控通路,特别是对miR165/166,miR319a和miR160的调节,影响着近远轴属性基因表达水平的平衡,避免叶片上卷,边缘波浪起伏和下卷异常表型的出现,调节着叶片的平展性。