兴安落叶松同源异型盒基因LgKNOX2的表达特性和功能研究

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兴安落叶松(Larix gmelinii)属于松科落叶松属,主要生长在我国东北大兴安岭地区,在经济、生态中发挥了重要的作用。由于其材质具有较强的机械性能,主要作为板材以及作为造纸的重要原料,研究其生长发育的调控可以为更大发挥兴安落叶松的价值提供理论和实验依据。KNOTTED1-Like HOMEOBOX(KNOX)基因家族编码植物同源基因TALE超类的植物特异性转录因子,在植物生长和发育中发挥重要作用。因此,深入研究兴安落叶松LgKNOX2基因的功能及表达特性具有重要意义。LgKNOX2是I类KNOX基因,在植物形态建成中发挥重要功能。本研究利用前期克隆的LgKNOX2的编码区以及LgKNOX2的启动子序列对其表达特性和功能进行了深入分析。LgKNOX2启动子的生物信息学分析发现,LgKNOX2启动子含有响应植物激素和逆境胁迫有关的一些顺式作用元件,表明LgKNOX2可能在响应光、胁迫、植物激素诱导中发挥作用。LgKNOX2启动子驱动GUS在拟南芥中的表达检测发现,在拟南芥营养生长阶段(一周龄至三周龄)p LgKNOX2::GUS在叶脉处表达量较高,其表达受赤霉素的诱导。为验证LgKNOX2的亚细胞定位,将其与GFP融合在烟草下表皮细胞瞬时表达,通过共聚焦显微镜观察发现LgKNOX2定位于细胞核内。利用酵母系统来研究其转录激活功能发现,LgKNOX2具有转录激活活性,且发挥功能的部位位于蛋白质的C端。为深入探究LgKNOX2的功能,构建了过表达转基因拟南芥株系,通过比较野生型与转基因拟南芥的生长差异,研究该基因的功能。结果显示,LgKNOX2的表达在拟南芥营养生长初期可以促进根的发育,增加拟南芥株高,并使其提前抽薹。同时,LgKNOX2的表达抑制了转基因拟南芥莲座叶叶片发育并使叶片锯齿化,但对茎生叶影响较小。其在一定程度上减少种子的千粒重但对萌发率无显著影响。本研究为进一步了解兴安落叶松的生长发育调控机制,深入分析LgKNOX2的功能奠定了基础,同时为利用该基因进行林木改良提供了有价值的候选基因。
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