拟南芥DNAJ类蛋白介导的茎端分生组织干细胞的维持与AtMYB2蛋白介导的腋生分生组织形成的分子机理研究

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植物在胚胎发育过程中建立起茎端分生组织,茎端分生组织中的干细胞不断为植物地上部分的发育提供子细胞。WUSCHEL(WUS)蛋白调控拟南芥茎端分生组织的干细胞功能。为了找到能够与WUS蛋白一起调控干细胞功能的因子,王晓爽以WUS蛋白作为诱饵,在拟南芥cDNA库中找到DNAJ蛋白SUVH-interacting DNAJdomain-containing protein 3(SDJ3)能够与 WUS 蛋白相互作用。通过聚类分析发现,SDJ1、SDJ3和DNAJD5相似性较高,在此基础上探究SDJ1、SDJ3和DNAJD5蛋白是如何调控干细胞功能的。在本试验中,首先通过酵母双杂交、双分子荧光互补及免疫共沉淀实验发现SDJ1、SDJ3和DNAJD5蛋白都能够与WUS蛋白相互作用。其次通过EMSA、Chip及双荧光素酶报告基因实验发现SDJ1、SDJ3和DNAJD5蛋白分别与WUS蛋白形成复合物后通过与WUS启动子结合进一步促进WUS基因的表达,在sdj1/3 dnajd5和35Spro::SDJ1:SRDX植株中WUS的表达明显减弱也证明了这一点。进一步通过GUS染色发现SDJ1和SDJ3均在茎端分生组织有表达,一致于SDJ1、SDJ3和DNAJD5蛋白能够与WUS蛋白相互作用行使功能。最后通过双分子荧光互补实验发现油菜中SDJ1和WUS的同源基因BnSDJ1和BnWUS能够相互作用。因此,我们提出了一个模型:在植物干细胞维持过程中,包含有DnaJ结构域的蛋白SDJ1、SDJ3和DNAJD5通过参与WUS基因的表达来维持SAM干细胞的功能。分枝是植物发育过程中的重要事件,由内源因素及环境因素共同决定。分枝的发育分为两个阶段,腋生分生组织(AM)的形成和AM的生长。AM的形成受到环境胁迫的显著抑制,其机制在很大程度上尚不清楚。REGULATOR OF AXILLARY MERISTEMS(RAX)基因编码R2R3 MYB转录因子,已被证明可以调控拟南芥AM的形成。有研究发现AtMYB2的表达受环境胁迫诱导,atmyb2植株的分枝增加,并且AtMYB2蛋白能够结合在RAX1的启动子上。在此基础上探究AtMYB2蛋白能否通过调控RAX1的表达来调控AM的形成,以及在环境胁迫下AM形成的分子机制。在本研究中,首先通过GUS染色发现AtMYB2在叶腋处表达,表达部位类似RAX1和LAS的表达部位,表明AtMYB2可能参与了 AM的形成与发育。为了探究AtMYB2对AM形成的影响,观察了过表达AtMYB2的转基因植株,发现AtMYB2过表达后AM的数量明显减少,并且通过GUS染色及RT-qPCR分析发现AtMYB2过表达后RAX1的表达减少,而LAS的表达没有明显变化,表明AtMYB2蛋白能够通过抑制RAX1的表达来抑制AM形成。进一步通过双荧光素酶报告基因实验也证实了这一点。为了探究环境胁迫对AM形成的影响,通过GUS染色发现ABA、NaCl和PEG 6000处理后,AtMYB2的表达增加,RAX1和LAS的表达降低,并且发现在干旱和盐胁迫下WT和atmyb2植株中,AM的形成减少,表明干旱和盐胁迫一方面通过诱导AtMYB2的表达增加使得RAX1的表达降低,另一方面通过抑制LAS的表达来抑制AM形成。通过调控干旱和盐胁迫环境抑制AM形成的信号通路,将有助于提升作物在逆境下的产量。
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