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Aux/IAA家族转录因子OsIAA9对拟南芥生长素信号转导及根部生长发育的调控

罗莎  
【摘要】:生长素作为五大经典植物激素之一,参与并对植物的生长发育等多方面起着重要的调控作用。长期以来,科研工作者们对于生长素信号转导途径的研究主要是以双子叶模式植物拟南芥为材料,在单子叶植物水稻中的研究则相对较少。生长素信号转导主要受到Aux/IAAs (AUXIN/INDOLE ACETIC ACIDs)蛋白和生长素响应因子(Auxin Response Factors, ARFs)两类转录因子的调控。ARF具有能够与DNA结合的区域,可以与生长素响应基因启动子中的生长素响应元件结合,激活生长素响应基因的表达。在不含有生长素或生长素浓度很低的环境下,Aux/IAA蛋白能与ARF结合,使其不能够激活下游生长素响应基因的表达;当生长素浓度升高时,生长素能够促进Aux/IAA蛋白的泛素化降解,解除其对ARF的抑制作用,从而使下游生长素响应基因的表达被成功激活。大部分Aux/IAA蛋白含有4个结构单元,即Domain Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ, DomainI具有保守的LxLxL氨基酸序列,具有转录抑制活性,Domain Ⅱ决定Aux/IAA蛋白的稳定性,Domain Ⅲ和Ⅳ则介导Aux/IAA蛋白与ARF之间,或不同Aux/IAA蛋白之间的二聚化。水稻Aux/IAA转录因子OsIAA9是一个典型的Aux/IAA蛋白。通过构建拟南芥GFP-OsIAA9过表达植株,我们发现OsIAA9蛋位在细胞核中。随后,我们又通过原生质体瞬时转染检测了OsIAA9的转录活性,发现它能够抑制强激活子LD-VP16对报告基因的激活作用,并且IAA处理能够部分解除其该抑制作用,说明OsIAA9是转录抑制子,且其稳定性受IAA影响。为了探究OsIAA9能和哪些ARF发生二聚化作用,我们构建了GD与OsIAA9的CTD (C-terminal Domain,包括Domain Ⅲ和Domain Ⅳ)融合蛋白载体(GD-OsIAA9CTD),通过原生质体瞬时转染发现OsIAA9只能和ARF5特异性结合,不能和ARF6,7,8或19结合。随后我们通过RT-PCR检测了一些生长素响应基因在OsIAA9转基因拟南芥植株中的表达水平,但未能发现明显差异。我们选择了DR5:GFP和DR5:GUS两种生长素标记物来探究OsIAA9对拟南芥生长素响应的影响。实验结果显示,在转基因植物根的维管组织中,OsIAA9的绿色荧光强度和GUS染色的深度都比野生型低很多,而在根.下胚轴接合区和叶片中则与野生型没有明显差异,说明OsIAA9主要能够抑制拟南芥地下部分对生长素的响应,而对地上部分则没有明显的调控作用。最后,我们观察了OsIAA9转基因拟南芥植株的表型,发现其侧根数目比野生型多,说明OsIAA9能够促进侧根发生。此外,我们还发现过表达植株的根尖表现出向地性缺失,说明其感应重力的能力下降。通过淀粉粒染色实验,我们发现OsIAA9过表达植株的根尖淀粉粒含量少,颗粒小,分层现象不明显,说明OsIAA9介导的向地性缺失与根尖淀粉粒合成有关。综上所述,我们的研究证明了OsIAA9具有转录抑制作用,在拟南芥中表达能够抑制其对生长素的响应,并且影响其根部发育,说明OsIAA9参与调控了拟南芥生长素信号转导。这些结果为进一步探究水稻生长素信号转导调控机制奠定了基础。


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