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叶卷曲基因调控机制的研究

余琳  
【摘要】:叶的极性建立直接决定了叶的平展性(Flatness)发育。极性改变会破坏大多数植物叶的平展性,影响植物体的光和作用、蒸腾作用和抗逆性等生理功能。与此同时,叶的卷曲对一些作物来说是一种非常有用的农艺性状。大白菜、甘蓝和抱子甘蓝等蔬菜作物的可食用器官是叶球,这些叶球的发育过程表现为叶片向上向内卷曲。了解叶极性或叶卷曲发生的遗传规律,揭示这一重要过程的基因调控机制,对于遗传上控制叶的姿态和形态,发展叶发育的重要理论,改良叶平展度或卷曲度等遗传性状,提高农作物产量和品质有重要的理论意义和实用价值。 早在1996 年,我们实验室利用差异杂交的方法在大白菜中分离和克隆了双链RNA 结合蛋白基因BcpLH,并初步发现它与叶卷曲的发生相关(Yu 等,2000)。本项研究将综合国内外近年来叶极性和叶卷曲发生方面的最新进展,利用大白菜BcpLH 基因和模式植物拟南芥同源基因HYL1,通过比较生物学的方法探讨叶卷曲发生的基因调控机制。 首先,我们选择了拟南芥hyl1 突变体(Lu 和Fedoroff, 2000)为实验材料,通过对其叶脉模式和近远轴极性等叶发育相关性状的观察,探讨HYL1 基因对叶卷曲发生调控的可能机制。和野生型相比,hyl1 突变体具有向上卷曲(偏下性生长)的叶片特征,次级叶脉的复杂度降低而且常常出现断裂的现象。在hyl1 突变体叶卷曲发生突出的侧部区域,叶肉细胞的近远轴极性丧失,表现出栅栏细胞和海绵细胞的混乱。但表皮细胞的近远轴极性并没有改变,而只是远轴面的细胞数目减少,细胞面积变大。 然后,我们构建了HYL1 启动子和GUS 报告基因融合的植物表达载体,浸花法转化拟南芥,分析了pHYL1::GUS 转基因植株中GUS 的活性。结果表明,其启动子的表达还是有特异性的,我们在真叶、叶柄和脉络系统中都能检测到GUS 的活性,并随着叶片的展开和成熟,表达部位从整片叶子缩小到叶片的基部。在转基因茎生叶中的表达趋势和莲座叶一致,在花蕾中主要在萼片和雄蕊中表达;开花后,GUS 活性局限在花托和花柄的交界及雄蕊中表达,角果幼胚中也能检测到GUS 活性。 利用半定量RT-PCR 和原位杂交的方法,对REV 和FIL 基因的表达方式进


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