【摘 要】
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多年生的木本植物在个体发育过程中,从种子萌发后还要经历从童期向成龄期的转变,研究植物阶段转变和成花转变过程中的代谢和调控的变化,对认识多年生木本植物个体发育的生理及分子机制具有重要的科学意义,同时,对果树育种实践中缩短童期及良种繁育过程中加速返童均有指导意义。近年研究发现,高等植物miR156通过SPL转录因子影响下游miR172,进而调控植物的阶段转变和成花,但miR156调控植物阶段转变的分子
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多年生的木本植物在个体发育过程中,从种子萌发后还要经历从童期向成龄期的转变,研究植物阶段转变和成花转变过程中的代谢和调控的变化,对认识多年生木本植物个体发育的生理及分子机制具有重要的科学意义,同时,对果树育种实践中缩短童期及良种繁育过程中加速返童均有指导意义。近年研究发现,高等植物miR156通过SPL转录因子影响下游miR172,进而调控植物的阶段转变和成花,但miR156调控植物阶段转变的分子机制仍未被完全揭示。为研究分析miR156的调控途径以及miR156表达与氧化还原的关系,本试验以10年生苹果属’紫塞明珠’× ’富士’(Malus asiatica×M.domestica)3 株实生树(07-07-115,07-07-119,07-18-094)的叶片和茎尖以及王林叶片悬浮细胞为试验材料,利用外源处理、转基因和转录组测序等技术手段,主要研究结果如下:1.在 31 个可能的miR156 前体基因成员中,MdMIR156d1,a10,a12,a1,a5,a9 和 a6等7个为不同发育阶段的主要表达成员,但是仅MdMIR156a5和MdMIR156a12的表达量在童期显著高于成龄期,与miR156规律一致,并通过转基因手段瞬时转化烟草证实MdMIR156a5和MdMIR156a12为miR156的前体基因,表明miR156是受转录水平调控的。2.采用活性氧(ROS)激发剂 menadione(MED)和抑制剂 diphenyleneiodonium(DPI)以及用半胱氨酸(Cys)前体 L-2-oxothiazolidine-4-carboxylic acid(OTC)和 GSH 合成抑制剂 buthionine sulphoximine(BSO)处理王林悬浮细胞,结果 miR156,MdMIR156a 和MdMIR156a12的表达量与GSH和GSH/GSSG的变化一致,而并非与H2O2含量变化一致。OE-MdMIR156和MIM156转基因烟草生长和成花受到明显影响,但组织ROS水平和GSH含量均未见显著规律性变化,表明miR156处于GSH的下游。3.用CeCl3标记电镜技术检测苹果实生树叶片H2O2的亚细胞分布,发现成龄期叶片叶绿体H2O2大量积累,结果说明阶段转变过程中H2O2源于叶绿体。4.为了研究MdMIR156a5和MdMIR156a12的调控途径,我们以07-07-115实生树的不同节位的叶片为材料,进行转录组和甲基化组测序。阶段转变的过程中,MdMIR156s基因DNA甲基化水平未发生显著变化。通过5-AzaC处理童期和成龄期组培苗测定miR156的相对表达量发现成龄期的组培苗经过5-AzaC处理后miR156的相对表达量显著上升,MdMIR156a5的相对表达量在经过处理后在童期和成龄期并没有发生改变,而MdMIR156a12的相对表达量在成龄期显著上升,表明MdMIR156a5和MdMIR156a12的上游调控机制不同。筛选与MdMIR156a5和MdMIR156a12的协同表达基因,对协同表达基因上游序列中共同的顺式元件进行聚类,通过生物信息学预测和酵母单杂试验筛选出MdMIR156a5和MdMIR156a12上游调控的转录因子分别是CCA1和WRKY40。
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