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种子发育是被子植物繁殖的中心环节,健康的种子对植物的繁衍至关重要,种子的发育过程受到很多转录因子的调控。Dof转录因子家族是一类植物特有的转录因子家族,它们被证明参与调控了很多与种子发育相关的生理过程。本文通过筛选在拟南芥种子或花中高表达的Dof转录因子,得到了8个候选基因。对这8个AtDof基因编码的产物进行了生理生化特性分析,将AtDofs都转化拟南芥得到转基因株系,并对其中两个基因的转基因植物进行了表型分析。
所有的8个AtDof蛋白都定位于细胞核中,AtDof23蛋白序列中的两个碱性氨基酸KK对它核定位具有决定性作用。酵母系统和原生质体系统中的结果一致表明,只有AtDof23和AtDof25具有转录激活活性。对AtDof23转录激活活性的进一步的分析表明,ArDof23蛋白序列中三个氨基酸TMD的突变会导致其转录激活活性的丧失,但这种现象不具有整个家族的普遍性。凝胶阻滞实验(EMSA)表明,AtDofs能结合具有AAAG核心元件的双链DNA序列,核心元件中任意碱基的突变会导致结合能力的丧失,侧翼序列能对结合能力产生影响。
转基因实验表明,AtDof23过表达植株种子表皮细胞壁呈现坍塌状,细胞间的轮廓变的不明显。通过GC/MS测定发现,种子表皮细胞壁中的胶质含量大幅下降,胶质主要成分多糖总含量以及各组分相对含量都发生了明显变化。进一步检测发现,细胞壁松弛相关基因AtEXPA9的表达量有了一定程度的提高,且在AtEXPA9的启动子区域中发现了较多AAAG核心序列的富集,EMSA实验证明AtDof23能结合在AtEXPA9的启动子上。
AtDof23过表达植株表现为顶端优势减弱和分枝增多的表型。茎组织切片实验发现,过表达AtDof23会改变茎维管束的结构。以上这些表型变化会因为AtDof23转录激活活性的丧失而丢失。对下游基因的寻找发现,侧枝发育相关基因STM、TFL1和CYP83B1在转基因株系中的表达量显著升高,推测AtDof23通过调控它们的表达量来影响侧枝的发育。
综上可得,AtDof23是一个具有转录激活活性的转录因子,它能调控包括种子表皮细胞壁发育、侧枝发育等不同的生理过程,且这些调控作用是通过它的转录激活活性调控不同的下游基因实现的。
AtDof25过表达植株也会产生顶端优势减弱和分枝增多的表型,且过表达AtDqf25会使得果荚长度变短,单株产量减少。以上结果表明,AtDof25调控了植物的分枝以及果英的发育过程。