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拟南芥GCP4对增强UV-B辐射的响应及功能研究

马东京  
【摘要】:本研究以UV-B胁迫所引起的“分束分裂”这类在植物有丝分裂细胞中出现的异常现象为基础,以前期工作关于微管细胞骨架在响应UV-B时也会伴随着组织的异常现象为理论依据,进行关于微管响应UV-B胁迫的探究。研究发现植物细胞中的微管骨架,不仅在有丝分裂、胞质分裂、细胞器运输以及植物形态建成等生长发育过程中起作用,同时还感知和传递着环境中的胁迫信号。微管自身组织结构精细且复杂,微管的形成主要由微管成核模板与α-β-微管蛋白的聚集。而在微管成核模板中的γ-微管蛋白复合物4(GCP4)的表达量降低时也会出现类似于“分束分裂”的现象,如非纺锤体极的形成以及分布散乱的成膜体及成膜体的极性。因此本研究以拟南芥根尖分生区细胞中的GCP4为研究对象,通过GCP4蛋白对配子体发育影响的研究,揭示GCP4在配子体发育中的功能。通过UV-B胁迫下根尖分生区GCP4变化的研究,进一步揭示了微管响应UV-B胁迫的关系,以及UV-B对微管的作用影响细胞分裂现象的机制。本文采用杂交、荧光染色及胚胎透明等方法对GCP4蛋白影响配子体发育进行试验,通过载体构建等方法观察到UV-B辐射后GCP4蛋白的亚细胞定位及实时荧光定量分析GCP家族的含量变化。本文主要研究结果包括:(1)以MBD-GFP拟南芥植株为材料,以微管阵列尤其是中期纺锤体和末期的成膜体为衡量标准,进行UV-B辐射剂量的梯度筛选,发现经剂量为7.2 KJ/m~2的UV-B照射后光修复6 h的这一条件符合所需要的既不影响植物的正常发育但会影响微管阵列的剂量。(2)经7.2 KJ/m~2UV-B胁迫照射后光修复6 h,发现微管产生解聚,微管阵列、细胞分裂相的减少,以及细胞壁排列不整齐的现象。(3)通过对拟南芥gcp4突变体的筛选,发现T-DNA插入到第三个内含子的第54个核苷酸T后,会导致致死现象,而且只有杂合植株产生,没有纯合后代的产生。(4)通过构建p GCP4::GCP4CDS:GFP载体,获得了gcp4/gcp4 GCP4-GFP拟南芥互补株系,观察发现GCP4定位于细胞质、细胞核膜、以及质膜上。(5)经UV-B胁迫后处理含GFP的拟南芥互补株系gcp4/gcp4 GCP4-GFP,发现根尖分生区细胞内出现了斑状或块状的分布,细胞核出现了弯曲现象,并且UV-B胁迫影响GCP4基因的转录水平。(6)经7.2 KJ/m~2UV-B处理后光修复6 h的野生型、GCP4过表达的拟南芥幼苗中均出现GCP家族其他成员的相对表达量升高的现象。(7)通过配子体传递效率统计发现,雌配子体的传递效率明显低于雄配子的传递效率,说明GCP4基因对配子体的发育是起作用的,并且对雌配子体的影响要大于对雄配子体的影响。(8)通过转基因互补实验,败育的种子和干瘪的胚珠的比例和转基因纯合突变体植株的存在,表明转基因互补实验中gcp4/gcp4胚胎致死和配子体发育缺陷的表型得以恢复,说明GCP4基因对生殖细胞的形成与发育起关键的作用。综上所述,当UV-B被视为一种胁迫信号时,会影响微管的动态性。微管的动态不稳定性可能对接收UV-B信号并快速响应UV-B这一过程起了关键的作用。而微管成核因子GCP4在响应UV-B信号的过程中,可能起到了协同作用。本研究对其功能进行了探究,发现该成核因子在植物细胞生长发育中是不可或缺的,GCP4的缺陷引起了亲本向子代传递的配子体发育缺陷,进而导致种子败育。因此,对GCP4的研究更全面地解释了UV-B辐射对微管及相关蛋白的影响机制。


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