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拟南芥基因PEX2的表达定位及其功能的初步研究

鲁朝霞  
【摘要】: 开花植物的受精作用是从花粉落在柱头上开始,经过粘附、识别、水合、萌发,花粉管在花柱内生长,直至到达子房,在胚囊中花粉管顶端破裂,释放出两个精子分别与卵子、极核结合进行双受精,双受精作用是一个复杂的发育过程,整个过程发生在雌、雄两性细胞和组织之间,受到严格的遗传控制和细胞控制。双受精作用可能在授粉和花粉管伸长的任意过程中受阻,致使开花植物败育。关于花粉在柱头上的粘附、识别、水合等信号转导已经做了很详细的研究,并得到了许多相关过程中的突变体;但关于花粉管的极性生长模式及其在伸长过程中信号转导的研究相对较少。现已从玉米和番茄的花中得到克隆到了ZmPex1(Pollen extension-like)和TOML-4,这些蛋白定位在花粉管细胞壁胼胝质部分,推测可能参与花粉管壁快速伸长过程,可能在雄雌蕊相互作用的过程中起作用。研究此过程中的信号及其转导途径,对深入了解植物受精及繁殖的控制机理,将来利用分子工具对某些过程进行控制,实现更加有利的受粉具有重要的现实意义。同时作为研究细胞间相互作用、信号转导、极性生长的模式系统,此研究也具有一定的理论价值。 本实验室从拟南芥基因组中克隆到AtPEX2基因,全长2544kb,基因内部不含内含子。通过生物学软件分析发现其含有一段保守的富含亮氨酸的重复序列(Leucine-Rich Repeats ,LRR)和高度可变的伸展蛋白(extensin),伸展蛋白末端有一段非常保守序列属于黑素瘤抗原(Melanoma Antigen,MAGE)家族, MAGE家族蛋白常在癌症细胞中表达;在正常细胞中只有精子细胞、胎盘和正在发育的胚细胞中都有表达。PEX2基因与玉米中花粉特异表达基因ZmPex1和在拟南芥根部特异表达的AtLRX1有高度同源性,属于LRX(LRR/extensin)蛋白家族。 因而为了研究该基因的表达状况,我们以AtPEX2基因为探针做Northern杂交,结果显示其确实在花中有特别强表达信号,而在根、茎、叶、果中几乎没有表达信号,这与预测的结果相一致。为了进一步证明其表达状况和生物学功能,本研究构建了PEX2的“启动子-GUS”植物双元表达载体,以农杆菌介导的花序渗透法转化拟南芥,GUS反应液37℃温浴过夜,在立体显微镜下观察,结果显示GUS在花粉上特异性表达。另外,我们利用该基因SALK T-DNA插入突变体和构建该基因的“CaMV35S-PEX2”过量表达载体转化野生型拟南芥观察转基因植株表型,来研究其在拟南芥发育过程中的作用。SALK T-DNA插入突变体表型不能稳定表达进一步研究该基因的功能奠定了基础。


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