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拟南芥糖感知信号突变体mig3的研究

田义新  
【摘要】: 拟南芥(Arabidopsis thaliana)是十字花科(Cruciferae)拟南芥属(Arabidopsis)一年生草本植物。广泛分布于欧洲、亚洲、北美洲,在中国主要分布在内蒙、新疆、陕西、甘肃、西藏、山东、安徽、湖北、四川、云南等地。 拟南芥首先是在20世纪初,植物学家Laibach综述了它作为一种模式生物的潜在优势。随着拟南芥研究的深入,证明了拟南芥作为显花植物细胞和分子生物学研究的模式植物有许多优点,见拟南芥信息中心(TAIR)网站:1、基因组较小,且其中的114.5Mb/总125 Mb已在2000年完成测序工作。2、有内容丰富的5条染色体的遗传学和物理学图谱。3、快速的生命周期(从萌发到种子成熟约6周);4、种子量大和易于在有限空间培养;5、大量的突变体株系和基因组资源;6、易于进行农杆菌介导的生物转化:7、多国的学术、政府和工业化实验室构成的研究团体。 目前,拟南芥已广泛被广大植物科学工作者作为一种首选模式生物用于许多领域的研究工作。随处可见的拟南芥研究反映了植物学家对这一被子植物认识的提高,它不仅可以作为一种植物生物学研究的一个方便的模式植物,而且有助于阐明所有真核生物的生物结构和功能方面的基本问题。 糖类在植物生命中起到方方面面的作用,不仅提供了产生能量的主要呼吸底物和代谢中间物,还可以用于其他生命基础物质的合成,而且是许多生命有关物质的成分。近二十多年来,科学家们又发现了糖类的另一个作用——信号功能,类似于在植物发育中的植物激素一样,并把大量精力投入到了糖类的信号功能的研究中。 突变体是研究复杂的感知和信号系统生理作用的有效工具。而且也使得基因间的功能交互作用研究成为可以能。重要的是在一些植物系统中,已能做到通过克隆相关的基因来研究它们的功能。拟南芥是目前广泛采用的用来筛选糖感知研究突变体的植物,一些实验室已经建立起来了不同突变体的筛选方法。mig3突变体就是这一突变体家族中甘露糖不敏感突变体(mannose insensitive germernation)的一个株系。它是由一个T-DNA插入的突变体库中分离出来的,该突变体库是上世纪90年代初,美国亚利桑那亚洲立大学的科学家Kenneth Fedmann以拟南芥的一种生态型Wassilewskiia-2(Ws-2)为背景通过T-DNA插入的方法创造的。1997年乌得勒支大学生物系分于植物生理学研究小组的博士生Pego用含甘露糖的MS培养基从这一突变体库中筛选出了一系列对甘露糖不敏感的株系,发现了这一个表现特殊的株系——mig3。这一株系除了是一个很好的甘露糖突变体外,也是一个很好的蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖突变体。此外,mig3突变体在法国的两个实验室中被分别发现还具有:对糖饥饿敏感;对寒冷敏感;当该突变体生长在高二氧化碳条件下(3000mm~3dm~(-3)),生物产量明显增加, 吉林农业大学博土论文 PhD ThesiS 摘要 AbstS。is 因此被认为是一个很有前途的糖感知突变体,深入研究该突变体不仅有助于揭示糖信 号的传导机理,克隆这一基因对农业生产也将十分有益。 本文作者就是以这一突变体为研究对象,开展了有关控制m妒突变体的基因的定 位研究研究;并同时开展了在几种糖及其衍生物诱导下的光合作用有关0S相关)基 因表达的研究;这一突变体在开花前后几种糖分含量的调查:开花习性及形态方面的 调查。目的是了解这一特殊的甘露糖突变体的生理及基因分子水平等方面的特点;试 图找到控制mud突变体的基因,以便为进一步阐明植物体内糖感知信号的机理并为该 方面研究提供一个有用的研究材料。 采用的方法是:先将mig3突变体与Colo的杂交,然后用含有卡那霉素和含有甘 露糖的培养基对F3代筛选研究,确定m妒是否与T-DNA插入连锁。在基因定位研 究方面,采用了与拟南芥基因组相关的 SSLP和 MLP引物进行mud基因定位。对其 它生理、生化等方面性状的研究,采用常规方法,内容包括开花特征的调查,开花时 间和开花时叶片数目观察;开花前后糖分含量调查;ApL3、RBCS、PC基因在葡萄糖、 蔗糖、甘露糖、山梨醇、甘露醇、3-O-甲基葡萄糖、2-脱氧葡萄糖诱导下的表达调查; 叶形观察。 结果表明: l 拟南芥甘露糖不敏感(mlg)突变与T-DNA插入无关。mlg突变不是由于T-DNA 插入所致,T.DNA只是起到一种分子诱变剂的效应。 2 用 SSLP分子标记物和 AFLP分析没能定位11nd基因,显示了这一突变的复杂性。 3 n。咖突变位点与控制开花的有关基因的遗传距离较远,开花习性不能作为一个鉴 别 m屯3 R变的遗传指标。证明了在本实验条件下,glF和 WS均在出苗后的近 18 天时开花,开花时的叶片数在近65片;COI.0则在近22天时开花,开花时的叶 片数在近105片。 4 开花前的葡萄糖、蔗糖、淀粉含量不能作为鉴定mW3突变体的一个生理指标。证 明了


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