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《东北林业大学》 2016年
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小黑杨PsnCYCD1;1基因参与细胞分裂及次生生长作用机理研究

郑唐春  
【摘要】:细胞分裂是所有生命体的基本特征之一,在植物生长发育过程中发挥着极其重要的作用。细胞周期和生长调控均取决于一类重要的细胞分裂调控因子——细胞周期蛋白(Cyclin)。植物周期蛋白研究主要集中在拟南芥和烟草中,而针对林木基因研究鲜有报道。由于草本植物与木本植物在基因组规模、次生生长等方面存在巨大差异,因此草本植物周期蛋白的研究结果不能真实反应木本植物周期蛋白的功能与作用。为了揭示木本植物生长发育的分子机制,探究木本植物周期蛋白生物学功能势在必行。本文对杨树D1亚类周期蛋白基因PsnCYCD1;1的表达模式与生物学功能进行了初步研究,阐述杨树细胞分裂与植株生长发育的联系。主要结果如下:(1)通过生物信息学预测、组织特异性表达、外源物质诱导表达、启动子功能验证、亚细胞定位等实验表明,PsnCYCD1;1基因是典型的D类周期蛋白,含有Cyclin-bcx、LxCxE、PEST等保守结构域及大量O-糖基化位点和N-糖基化位点;PsnCYCD1;1具有核定位信号,是细胞核定位蛋白,其主要在分裂能力旺盛的组织中高表达,如叶芽(侧芽)、顶芽、顶部木质部、顶部幼叶、侧根,且受蔗糖和多种植物激素(如NAA、 6-BA. GA3和乙烯)诱导,表明PsnCYCD1;1基因在细胞核中行使功能,响应植物细胞外部生长信号从而参与植物细胞分裂及生长发育。(2) PsnCYCD1;1基因在烟草BY2细胞中能增加处于复制期的细胞数量,暗示PsnCYCD1;1基因能加速细胞复制,促进了G0-G1期转变。虽然PsnCYCD1;1基因能促进细胞分裂,导致小细胞生成,但并不参与细胞膨大阶段的细胞生长。(3) PsnCYCD1;1基因在拟南芥与杨树中过量表达,均能引起转基因植株发生形态学变化。相同点:在宏观结构上,与野生型相比,转基因拟南芥与杨树均呈现出根系长度变短、叶片卷曲、茎干弯曲、生长迟缓、响应细胞分裂素等表型;在微观结构上,转基因植株也均表现出细胞尺寸变小、分化异常等特征。不同点:转基因拟南芥表现出下胚轴变长、下胚轴弯曲、开花延迟、结实率低等表型;而转基因杨树不仅表现出分生组织发育异常、叶绿体分化异常、出现分隔木纤维、木纤维细胞形态改变、细胞壁变厚,而且叶芽及弯曲处两侧次生木质部分化出现异常,导致茎干偏心生长。(4) PsnCYCD1;1基因在拟南芥与杨树中过表达后,会引起内源CYCDs、CDKs、 ICKs、E2F/Rb等基因及维管束发育相关基因转录水平变化。通过酵母双杂交与双分子荧光互补实验筛选出PsnCDKA1、PsnICK3和PsnICK5为PsnCYCD1;1的互作蛋白,说明它们能形成蛋白复合物共同调控细胞周期有序进行。综上所述,本研究在系统研究PsnCYCD1;1基因表达特征基础上,通过观察转基因植物形态学变化与互作蛋白研究,深入分析PsnCYCD1;1基因生物学功能,为植物周期蛋白调控网络补充新内容,为林木遗传改良提供理论依据和相关基因。
【学位授予单位】:东北林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S792.11

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