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ABA在拟南芥体细胞胚胎发生过程中的功能研究

苏玉晓  
【摘要】:脱落酸(ABA)作为一种植物激素,在调节植物生长发育过程中起重要的作用,它可以影响胚胎形成、贮藏蛋白合成以及干旱耐受性等过程。植物体细胞胚胎发生是植物细胞潜能完全表达的一种方式,而且体细胞胚具有与合子胚相似的形态和生理学特性,因此体细胞胚胎发生过程被认为是研究合子胚发育过程的重要模型。研究体细胞胚胎发生与发育的机理对于揭示细胞全能性与研究合子胚的分化和发育具有重要意义。已经有研究证明,生长素调控干细胞的再生从而诱导体细胞胚的产生。ABA也被证明参与胡萝卜体细胞胚的形成过程。然而,ABA在体细胞胚胎发生过程中起作用的分子机理研究却鲜有报道。 为了研究ABA在模式植物拟南芥体细胞胚胎发生过程中的作用机制,我们首先测定了诱导过程中胚性愈伤组织内源ABA水平的变化,然后观察外源ABA的施加对体细胞胚再生的影响。此外,我们通过施加ABA合成抑制剂fluridone(FLU)和培养ABA合成突变体(aba2),揭示了ABA内源生物合成对愈伤组织胚性能力的获得及体细胞胚再生的调控作用。研究还发现,ABA能够影响拟南芥体细胞胚胎发生过程中生长素的合成、极性运输和分布。 主要得到以下结论: (1)在拟南芥体细胞胚胎发生过程中,内源ABA的水平下降。 我们检测了体细胞胚胎发生过程中愈伤组织内源ABA水平的变化和ABA合成基因的表达模式。结果发现内源ABA的水平在体细胞胚再生过程中是逐渐下降的。同时,ABA合成基因在转录水平上的表达量也是逐渐下降的。以上结果说明,拟南芥体细胞胚胎发生过程伴随着内源ABA水平的不断下降。 (2)外源施加ABA对拟南芥体细胞胚胎发生起抑制作用 为了研究ABA在拟南芥体细胞胚胎发生过程中的作用,外源施加不同浓度的ABA,发现随着浓度的升高,体细胞胚的再生受到越来越严重的抑制。同时发现干细胞决定基因WUSCHEL(WUS)以及胚胎特征基因LEAFY COTYLEDON 1(LEC1)和LEAFY COTYLEDON 2(LEC2)在外源施加ABA情况下表达水平也被抑制。以上结果说明,ABA通过抑制胚胎特征基因的表达而影响体细胞胚的再生。 (3)阻断内源ABA的生物合成影响体细胞胚的形成和发育 通过施加不同浓度的ABA合成抑制剂FLU,阻断ABA的合成途径,体细胞胚的形成和发育均受到明显的抑制。同时,WUS、LEC1和LEC2在外源施加FLU的情况下表达水平也均被下调。分析ABA合成突变体aba2诱导体细胞胚的表型,发现诱导产生体细胞胚的形态和数目与野生型相比有明显差异。 (4)外源施加ABA与FLU对愈伤组织中生长素合成、极性运输和分布的影响。 外源施加ABA升高了生长素合成基因的表达水平,破坏了生长素的极性运输和分布,造成生长素的过量积累,从而抑制了体细胞胚的再生。而外源施加FLU明显抑制了生长素合成基因的表达,同时也影响了生长素的极性运输和分布,并最终影响体细胞胚胎发生。因此,ABA通过影响愈伤组织中生长素的合成、运输和极性分布从而调控体细胞胚的再生。


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