收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

白桦BpSPL基因家族鉴定及BpSPL2基因在不定根发生中的功能研究

胡晓晴  
【摘要】:白桦(Betula platyphylla Suk.)是东北三省蓄积量最大的速生乡土阔叶树种,然而其硬枝扦插难以产生不定根,属于难生根、难成活树种。因此,提高白桦不定根发生能力并揭示其分子机制,对于完善白桦的无性繁殖理论和技术推广应用具有非常重要的科学意义。已有研究表明SPL转录因子在植物生长发育、生殖发育及逆境应答中起重要调控作用,但其参与不定根发生的分子机理仍不清楚,尤其是对木本植物。在本研究中,我们鉴定了白桦BpSPL基因家族,进一步利用分子生物学手段对白桦BpSPL2基因的分子功能以及其参与不定根发生的分子机制进行了初步探索。(1)结合白桦基因组和转录组数据鉴定了20个BpSPLs基因和4个miR156前体序列。通过对系统发育关系、保守基序和miR156介导的转录后调控的综合分析,明确了BpSPLs基因家族的基本特征。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术开展了BpSPLs基因在组织表达特性、雌、雄花序、叶片发育以及不定根发生过程中的表达模式研究。其中,BpSPL2基因在损伤诱导的不定根发生过程中表达量显著提高,特别是在损伤处理后的5至12小时,表达量提高了60-80倍,暗示其在白桦不定根发生中起重要作用。(2)克隆了白桦BpSPL2基因。该基因含有3个外显子和2个内含子,其开放阅读框为1566 bp,编码521个氨基酸。BpSPL2编码的蛋白具有SBP结构域,包括2个锌指结构和1个核定位信号。亚细胞定位结果发现BpSPL2蛋白定位于细胞核和细胞质中。(3)通过对BpSPL2启动子序列(起始密码子上游1956 bp)分析发现,该区域含有根特异表达相关元件和多种激素及伤害响应元件,暗示BpSPL2基因可能参与根的发育,并受伤害和激素诱导。进一步克隆了BpSPL2基因启动子序列并构建植物表达载体,对获得的BpSPL2pro::GUS转基因白桦和拟南芥进行时空表达分析,发现该启动子主要驱动BpSPL2基因在根尖分生组织和顶芽中特异性表达。对BpSPL2pro::GUS转基因白桦不定根发生过程进行GUS染色分析发现,BpSPL2启动子主要在不定根形成的早期在茎基部伤口处活性较强。(4)分别获得BpSPL2过表达(35S::BpSPL2)和抑制表达(35S::BpSPL2-SRDX)白桦转基因株系。与野生型白桦相比,BpSPL2抑制表达植株生根时间提前了 2-3天,其不定根数目增长了 4 1.6%-66.9%;而BpSPL2过表达植株会使生根推迟3-4天,不定根数目下降了 46.7%-47.6%,总长度降低46.9-50.3%,这说明BpSPL2对不定根的发生起负调控作用。对BpSPL2转基因白桦地上部分进行表型分析发现,相对于野生型,BpSPL2过表达植株出现矮化、茎直径减小以及节间数量减少的表型;而BpSPL2抑制表达植株的株高、茎直径和节间数量明显高于野生型和BpSPL2过表达植株。说明BpSPL2不但调控白桦不定根的发生,并且影响了营养器官的生长和发育。(5)通过高通量测序技术对野生型、35S::BpSPL2过表达以及35S::BpSPL2-SRDX抑制表达白桦在不定根发生不同时期的茎伤口基部组织进行转录组测序。六个比较组WT-0.5h vs OE-0.5h、WT-0.5h vs R-0.5h、WT-24h vs OE-24h、WT-24h vs R-24h、WT-96h vs OE-96h、WT-96h vs R-96h 中分别获得 2637、2129、1554、1754、2044 和 2047个差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)。GO分析发现,DEGs在氧化还原过程、核苷酸结合、氧化还原酶活性中的富集度最高。在6个比较组的DEGs中,鉴定了许多参与生长素合成及信号转导、GA信号途径、JA信号途径以及ERF、WOX、LBD等转录因子。BpSPL2影响不定根发生可能和这些基因的表达改变有关。(6)利用生物信息学方法预测了BpSPL2基因直接调控的靶基因,其中DOT2和CTL1基因与根的发育相关。qRT-PCR分析表明,它们分别在35S::BpSPL2和35S::BpSPL2-SRDX转基因白桦不定根发生过程中呈现相反的表达模式,认为DOT2和CTL1基因可能是BpSPL2影响不定根发生的直接靶基因,但还需要进一步实验验证。综上所述,本研究对BpSPL基因家族进行了生物信息学分析和表达特性研究,这将为后续研究BpSPLs的基因功能奠定基础;进一步围绕BpSPL2开展了启动子活性、基因功能及转录组测序的研究。揭示了BpSPL2在白桦不定根发生过程中的作用,为白桦等难生根树种的不定根形成机制提供了基因资源。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 宁坤;杨洋;马述山;李慧玉;;11条白桦BpSPL家族基因的生物信息学和表达分析[J];林业科学研究;2016年05期
2 王晟宇;张淇;张正一;胡晓晴;田晶;张勇;刘雪梅;;白桦BpSPL2基因启动子的克隆及表达分析[J];植物研究;2019年01期
3 张晓宁;张鸿翎;刘国彬;;扦插不定根的生理研究进展[J];现代园艺;2020年08期
4 任尚峰;;不定根类型举隅[J];生物学教学;2007年11期
5 谢寅峰;王莹;张志敏;方升佐;王纪;;青钱柳子叶不定根的发生机制[J];林业科学;2009年12期
6 李小方,汤章城,何玉科;不定根的形态发生与调节机制[J];细胞生物学杂志;2001年03期
7 秦金星;不定根[J];生物学通报;2000年11期
8 韩超;徐晓立;;3种桉树组培苗不定根发生发育过程的解剖学观察[J];西北植物学报;2016年08期
9 李琰;崔蕾;杨钰琪;赵磊;雷嘉敏;张兴;;雷公藤不定根培养体系的建立及中试放大研究[J];中国中药杂志;2015年01期
10 王小玲;高柱;郑健;刘腾云;余发新;;四倍体刺槐扦插不定根发生的酶活性变化[J];东北林业大学学报;2014年01期
11 李美阳;;培养条件对缬草不定根生长及次生代谢产物的影响[J];安徽农业科学;2013年27期
12 ;分离出水稻不定根生长发育的关键基因[J];中国农业科技导报;2009年02期
13 肖尊安,熊红;不定根发生机理的研究进展[J];生物技术通报;2002年03期
14 江玲,管晓春;植物激素与不定根的形成[J];生物学通报;2000年11期
15 郑均宝;刘玉军;裴保华;;乙烯在Ⅰ-69杨茎插穗不定根形成中的作用[J];林业科学;1993年01期
16 陈四维;徐继忠;;茎插条中不定根的起源与发育[J];河北农业大学学报;1987年03期
17 李美阳;金江山;;缬草不定根组织培养的研究[J];湖北农业科学;2016年05期
18 曹凡;彭方仁;梁有旺;谭鹏鹏;王克春;吕昕;;美国山核桃不定根形成过程中相关蛋白质的鉴定及功能分析[J];南京林业大学学报(自然科学版);2016年02期
中国重要会议论文全文数据库 前11条
1 许良政;刁俊明;刘慧娜;赖万年;;NAA诱导插枝生根的形态与生理特征及其影响因素[A];中国植物生理学会第九次全国会议论文摘要汇编[C];2004年
2 马晓恬;王慧慧;徐强;陈学好;齐晓花;;乙烯、活性氧和生长素协同调控涝胁迫下黄瓜不定根的形成[A];第七届长三角园艺论坛论文集[C];2016年
3 梁琼月;刘晓燕;周凤珏;何冰;许鸿源;;灵发素诱导植物不定根形成机制的初步探讨[A];全国“植物生物技术及其产业化”研讨会论文摘要集[C];2007年
4 杨蒙立;程立宝;;生长素、乙烯对莲藕不定根形成的影响[A];第七届长三角园艺论坛论文集[C];2016年
5 牛丽涓;李凤娇;廖伟彪;;干旱胁迫下一氧化氮和过氧化氢诱导万寿菊不定根形成中蛋白激酶活性的变化[A];中国观赏园艺研究进展2016[C];2016年
6 李师翁;薛林贵;徐世健;冯虎元;安黎哲;;绿豆幼苗不定根形成过程中外源H_2O_2诱导的抗氧化酶活性变化及其意义[A];中国植物学会七十五周年年会论文摘要汇编(1933-2008)[C];2008年
7 徐麟;;多能性根原基细胞:不定根和不定芽再生的机制研究[A];第七届长三角植物科学研讨会暨青年学术报告会摘要集[C];2018年
8 董春娟;赵加欣;尚庆茂;;水杨酸竞争性抑制IAA–酰胺合成酶CsGH3.5调控黄瓜不定根形成[A];中国园艺学会2019年学术年会暨成立90周年纪念大会论文摘要集[C];2019年
9 胥猛;张博;王明庥;潘惠新;苏晓华;张守攻;黄敏仁;;杨树不定根发育的分子调控研究[A];第二届中国林业学术大会——S2 功能基因组时代的林木遗传与改良论文集[C];2009年
10 詹亚光;曾凡锁;苏涛;南楠;孙冬;;转基因白桦中外源基因整合及表达的长期稳定性研究[A];全国“植物生物技术及其产业化”研讨会论文摘要集[C];2007年
11 钮世辉;陈晓阳;李伟;;赤霉素对不定根发育的调控作用研究[A];2013全国植物生物学大会论文集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡晓晴;白桦BpSPL基因家族鉴定及BpSPL2基因在不定根发生中的功能研究[D];东北林业大学;2021年
2 王小玲;四倍体刺槐插条不定根发生的生理生化基础研究[D];西北农林科技大学;2011年
3 胥猛;杨树不定根发育的基因表达调控研究[D];南京林业大学;2008年
4 王瀚增;大青杨PuMYB40调控低磷诱导不定根发生的分子机制[D];东北林业大学;2021年
5 吴昊;人参不定根规模化生产工艺研究与内生真菌代谢人参皂苷研究[D];东北林业大学;2013年
6 周燕;胡杨不定根发生的细胞生理生化及其cDNA克隆研究[D];北京林业大学;2009年
7 杨伟;活性氧和Ca~(2+)在脱落酸和水杨酸诱导的绿豆下胚轴不定根发生过程中的作用[D];南京农业大学;2012年
8 于杰;ARL1调控水稻不定根发育的基因表达谱与蛋白表达谱分析[D];浙江大学;2007年
9 王首锋;控制水稻不定根原基形成的关键基因ARL1的表达及激素调控[D];浙江大学;2005年
10 牛丽涓;镉胁迫下蛋白质S-亚硝基化参与钙诱导黄瓜不定根发生[D];甘肃农业大学;2020年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 贾新锐;形成层特异表达生长素合成基因对杨树不定根发生的影响[D];山东农业大学;2020年
2 温绍廷;生长素调控拟南芥不定根再生的分子机制研究[D];上海师范大学;2021年
3 冷青云;红花荷组织培养及不定根发生机理研究[D];北京林业大学;2011年
4 关倩;北柴胡不定根培养中生物转化与皂苷合成研究[D];山西大学;2011年
5 祁芳;血红素加氧酶1与一氧化氮参与甲烷诱导的黄瓜不定根发生[D];南京农业大学;2014年
6 王梅;北柴胡不定根培养高效合成柴胡皂苷研究[D];山西大学;2013年
7 马妍;生长素对风箱树(Cephalanthus occidentalis L.)不定根形成过程的影响[D];河北农业大学;2012年
8 冷淑娇;欧美山杨插穗不定根发育的诱导期和伸长期数字表达谱分析[D];东北林业大学;2012年
9 李大威;榛子扦插繁殖技术及不定根发生机理研究[D];北京林业大学;2008年
10 徐东花;亚精胺对菊花不定根发生及生根机理的研究[D];山东农业大学;2015年
11 雷超;苹果砧木不定根发生相关基因的鉴定和可变剪切分析[D];西北农林科技大学;2020年
12 雷嘉敏;雷公藤不定根的两步培养法及其代谢调控研究[D];西北农林科技大学;2015年
13 梁文霞;人参不定根培养体系的建立与人参和三七土壤微生物的分析及代谢调控研究[D];天津科技大学;2019年
14 唐绪飞;木薯不定根发生发育的解剖学研究[D];海南大学;2014年
15 孙逸超;乙烯在绿豆下胚轴不定根发生中的作用及其与NO的关系[D];陕西师范大学;2013年
16 韩伟;淫羊藿育苗与愈伤及不定根的组织培养[D];河南科技大学;2020年
17 沈琪;榉树扦插繁殖与生根机理研究[D];南京林业大学;2013年
18 刘美珍;毛乌素沙地臭柏不定根发生及其生态学特性研究[D];内蒙古农业大学;2001年
19 南楠;转基因白桦中外源基因表达及其主要影响因素研究[D];东北林业大学;2008年
20 曾凡锁;转基因白桦中外源基因整合表达稳定性与遗传变异分析[D];东北林业大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 李翠霞;番茄产生不定根的处理办法[N];农民日报;2015年
2 周农;水稻不定根发育机理将有助开辟育种新径[N];农民日报;2009年
3 记者 韩晓玲 通讯员 金安江 范敬群 实习生 易晓红;华中农大揭示不定根发育调控机理[N];湖北日报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978