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《浙江大学》 2003年
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水分亏缺条件下旱稻根系发生发育及相关基因的表达分析

杨玲  
【摘要】: 本研究采用自然排水72h模拟水分亏缺处理,比较旱稻(Azucena)幼苗在水分亏缺处理与正常淹水培养条件下根系生长,利用cDNA-AFLP技术对不同供水条件下的种子根尖、侧根区、不定根原基区进行了差异显示分析,结果如下: 1.水分亏缺处理明显地影响了旱稻根的构型。同一根系中不同类型的根对水分亏缺胁迫的反应不同。短期水分亏缺促进种子根的伸长及侧根的发生和伸长;而不利于不定根的生长——伸长速率下降和数目减少。水分亏缺促进根系总根数和长度的增加,导致根干重和根冠比的上升。 2.旱稻Azucena种子根伸长区成熟皮层细胞的长度在处理4h至16h内迅速增大,随后逐渐下降。采用cDNA-AFLP技术分析了种子根尖(1cm)基因在水分亏缺处理期间4个时间点(4h、16h、48h和72h)的差异表达,获得了106个诱导增强表达的克隆。从不同表达类型中选择了21个克隆进行Northern杂交分析,其中16个(76%)与cDNA-AFLP表达谱一致。 在106个表达增强的基因中,60个编码已知功能蛋白,28个编码未知功能蛋白,其余的18个仅与未注释的基因组序列相似,或者在核苷酸数据库无同源序列。60个已知功能的基因可以被分为7类:运输,代谢和能量,胁迫和防御相关蛋白,细胞组织及细胞壁生成,信号转导,表达调节子及转座元件。说明种子根尖为适应水分亏缺发生了复杂的代谢变化。 22个基因的表达在水分亏缺处理16h前达到高峰,它们可能在转录水平上与水分亏缺促进种子根的生长有关。包括水孔蛋白(PIP2a)、糖酵解作用中的磷酸丙酮酸水合酶、S-同化途径中的O-乙酰丝氨酸(巯基)裂解酶(OASTL)、肌动蛋白解聚因子(ADF)、腺嘌呤主要补救途径中的腺嘌呤磷酸核糖基转移酶(APRT);5个基因参与信号转导和表达调控——钙调素(CaM)、MAP3K beta 1蛋白激酶(MAP3K)、ABA合成关键酶9-cis-环氧类胡萝卜素双氧酶1(NCED1)、GA信号转导的负调节子(SPY)和剪接体安装必需的SR相关蛋白(SART1);3个参与细胞壁的松弛——内切葡聚糖酶(EGase)、木葡聚糖内切转糖基酶(XET)、膨胀素(OsEXP2);5个参与囊泡的运输——VPS33a(vacuolar protein sorting protein)、小G蛋白Rab11b _博十学位论文:水分亏缺条件下早稻根系发生发育及相关基冈的表达分析 一(Rabl]b)、2个鸟瞟吟核苦酸交换因子(GEP禾 GEPZ)及APG(autophagocytosis ”protein)。从水分亏缺信号的感知到根的加速伸长,我们提出了一个简单的模型。另 外3个基因分别编码ASR、转座子TNT多蛋白和未知蛋白,还有一未知基因。 _3.采用 cDNA.AFLP技术分析了水分亏缺下种子根尖门。m)、侧根区和不定根 一原基区基因的差异表达,克隆了 112个差异条带。58个 TDFS在 3种组织中均差异表 _达;32个同时在侧根区和种子根尖差异表达;10个同时在种子根尖和不定根原基区 _差异表达;4个同时在侧根区和不定根原基区差异表达;7个仅在种子根尖差异表达: 1个仅在侧根区差异表达。选择了 ZI个克隆做探针进行了 Northern杂交分析,与 CDNA-AFLP结果有较好的可比性。 、112个差异表达的 TDFS中,67个是已知功能基因,涉及到许多代谢途径,根据 _功能分为8类一细胞的组织和细胞壁的生成、物质运输、代谢及能量的产生、胁迫 _及防御相关蛋白、基因的表达和调控、信号转导、细胞的生长与分裂和转座元件。29 一 个基因编码推断的蛋白,3个与水稻 EST相似。其余的门个仅与未注释的基因组序 列相似,或者在核着酸数据库无同源序列。 、4.根据核着酸序列将 105个基因电子定位到水稻的高密度连锁图谱上,其中 19 ,个差异表达基因定位在 BalaXAzucena、IR64XAzucena和 IR1552XAzucena中至少 两个群体共同的与根生长相关的QTLs区问,并用Southern杂交将其中的4个定位到 ,IRI 552 X Azucena群体遗传连锁图谱相应的位点上。19个基因中的5个编码推断的未一 _知功能蛋白质,其余 14个编码己知功能蛋白,分别为膨胀素(OSE 人胚胎后期一 ,丰富蛋白(LEA)、剪接体安装必需的 SR相关蛋白(SARTI)、自吞噬蛋白(APG)、一 碱性螺旋一环一螺旋(bHLH)转录因子、与 ASR相似的果实成熟蛋白、镍结合蛋白、_- _DNA结合蛋白、丙酮酸脱氢酶激酶(PDK入stomatins类蛋白、蔗糖调节蛋白SRI、-- 一液泡蛋白分类蛋白(VSP33a)、GA负调节团于(SPY)、逆转座元件。一
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