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乙烯是重要的植物激素,参与调控植物的生长发育以及对生物和非生物胁迫的反应。我组前期的研究表明,烟草乙烯受体基因NTHK1在拟南芥中异源表达,导致转基因植株具有乙烯不敏感和盐敏感的表型。NTHK1转基因植株的Microarray分析,发现NEK6基因在转基因株系中下调。
NEK具有保守的N端激酶结构域。在动物和真菌中该家族基因参与了细胞周期G2期到M期的转换。我们的研究表明,NEK6基因的表达受到盐和ACC的诱导,其蛋白激酶区具有激酶活性。该基因能够调控CYCB1;1的表达。
功能研究发现,NEK6在拟南芥中的过量表达明显增加了转基因植株的莲座直径、荚长度和单株种子产量,其耐盐和耐旱能力也均有提高。而NEK6的T-DNA插入突变体nek6则表现出莲座变小、荚变短和种子产量降低的表型。三重反应揭示nek6地上部分对乙烯敏感,而过表达株系则对乙烯较不敏感。双突变分析以及耐逆实验的结果进一步证实NEK6参与了乙烯信号转导的调控,并通过乙烯信号转导调控了植物的耐逆性。
突变体nek6在生殖生长时有卷叶表型。拟南芥NEK家族其它成员在盐胁迫时的表达均有不同程度的上调,其中NEK7受诱导较强。NEK7过量表达的植株在苗期即有明显的卷叶现象,在nek6突变体中NEK7的表达增加一倍,而在NEK6过表达植株中明显下降。nek6;nek7双突变体的卷叶表型得到部分恢复,说明NEK7受NEK6负调控,但是酵母双杂交表明,NEK6和NEK7间没有直接互作。对nek6和家族其他成员的双突变分析发现,NEK2基因和NEK6调控植物生长和器官发育方面功能冗余。而NEK2和NEK3对于NEK6所调控乙烯敏感性具有负调控作用。
基于三重反应实验拟南芥中筛选和鉴定了大量的突变体。总体上这些突变体可以分为乙烯不敏感型和乙烯反应组成型突变体两类。通过上下游分析,已经建立了线性的乙烯信号转导通路。乙烯受体作为直接感受乙烯信号的蛋白,在乙烯信号传导中起着重要的作用。但是作为重要的粮食作物,同时也是单子叶的模式植物,水稻的乙烯信号传导中的受体和其它组分都没有得到很好的注释。
我们组的前期工作中已鉴定并克隆了水稻中的5个乙烯受体,并对其中OsETR2功能进行了较深入的研究,发现OsE7TR2具有Ser/Thr激酶活性。功能分析表明,OsETR2过表达株系增加了乙烯不敏感性,株高变矮,晚开花,结实率下降、淀粉过度积累等表型。
从RMD获得并鉴定出OsETR2,OsETR3和OsERS2的T-DNA插入突变体。在暗处理条件下施加外源乙烯,这三个突变体的黄化苗都具有不同程度的敏感性。随着敏感性的提高,各突变体的花期也出现不同程度的提前。在进入成熟期后突变体淀粉转运加快。而且各突变体的穗形和稻粒外形有不同的特征。
前期的研究我们发现了可以导致OsETR2的激酶活性缺失的氨基酸位点,对突变后的受体进行了转基因。初步发现,激酶功能对植物的乙烯不敏感性具有正调节作用。而对于株高和结实率等表型则具有负调节的作用。