油菜素内酯和SPL9交叉调控拟南芥叶片年龄发育以及开花的分子机制研究

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自然界中生命体的生长发育和形态建成与年龄密切相关。年龄是一个不可逆过程,所有的生命体都要经历从幼年期到成年期的转变,进入生殖期,最终走向衰老和死亡。拟南芥在营养期相变对生长发育的影响主要体现在叶片形态的变化。研究发现miR156及其靶基因SPLs是介导植物年龄的关键调控因子,在调控植物叶片的年龄发育形态建成和开花过程中起着关键作用。油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)作为一种甾醇类激素调控植物生长发育的各个方面。其中BR缺失突变体有更长的营养期和早花的表型,那么BR是否也参与调控植物叶片的年龄发育和开花呢?如果参与,BR调控拟南芥叶片年龄发育和开花是否与已知的SPL9存在相互关系呢?为了回答以上问题,我们通过植物生理学、遗传学、分子生物学和生物化学等手段,对BR调控植物年龄以及BR和miR156,SPL9在调控叶片形态变化和开花上的分子机制进行了研究。根据实验结果我们得出如下结论:1、BR调控拟南芥叶片的年龄发育。通过分析拟南芥BR突变体长宽比和叶夹角的表型,证明BR可以促进拟南芥叶片年龄发育。RT-qPCR实验证明BR可以促进SPL的转录表达,这可能是BR能够调控叶片年龄发育的原因。2、BR调控拟南芥叶片的年龄发育依赖SPL9。通过遗传学分析,我们发现SPL9可以恢复BR缺失突变体det2下胚轴和叶片形态的表型,说明BR调控拟南芥叶片表型是依赖转录因子SPL9的。3、BR参与了 SPL9调控拟南芥叶片的年龄发育以及开花过程。SPL9能够促进拟南芥成熟叶叶片伸长、背面表皮毛的产生和开花,但当BR信号衰弱后SPL9的功能也受到了抑制,BR在SPL9调控拟南芥叶片的年龄发育以及开花过程中起着重要作用。4、SPL9和BZR1在体内和体外都有相互作用。为了进一步研究BR信号和SPL9转录因子的关系,我们筛选了 BR信号通路中与SPL9相互作用的蛋白。通过酵母双杂交实验,蛋白Pull-down实验和rBiFC技术,我们发现SPL9可以与BR信号通路中重要的转录因子BZR1相互作用。5、SPL9促进细胞伸长。通过BR敏感性实验,我们发现SPL9功能获得型植株对BR超敏感,而对BR合成抑制剂PPZ敏感性减弱。此外RT-qPCR实验表明SPL9促进细胞伸长关键基因PRE1、PRE5和EXP8的表达,说明SPL9在植物的细胞伸长中起着关键的调控作用。综上所述,我们构建出一个关于BR信号和SPL9调控拟南芥叶片年龄发育和开花的模型。BR可以促进拟南芥年龄增长,从而调控叶片的表型。在调控拟南芥叶片形态和开花上BR和SPL9存在协同作用。BR信号通路中转录因子BZR1和SPL9相互作用既可以通过促进细胞伸长基因PRE1、PRE5和EXP8调控叶片形态,又能共同调控开花过程。
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