拟南芥CRF家族对根发育的作用和水稻冠根数目与生长素关系的研究

论文摘要

生长素和细胞分裂素是植物生长发育中的重要激素。在植物根的发育中,细胞分裂素通过抑制生长素的信号传导和运输来促进细胞的分化；而生长素则通过促进细胞的分化来维持根分生组织的活性,这两种激素的协调影响了根分生区的大小和根的生长。CYTOKININ RESPONSE FACTORS （CRF）家族是AP2/ERF （ethylene response factor）家族中的成员。AP2/ERF家族的一些成员与乙烯、生长素、细胞分裂素和茉莉酸等植物激素的应答相关。CRF家族可能与调控细胞分裂素、抗虫和盐胁迫相关。拟南芥CRF家族在子叶、叶、胚胎的发育中起作用。本研究使用根细胞发育生物学研究手段,得到以下结论：1、统计crfs根长、分生区大小、分生区细胞数目结果显示：crf3突变体分生区细胞数目变少、分生区长度变短从而导致短根的表型。2、统计22℃和28℃这2种条件下分生区细胞数目结果显示：表明温度升高会减少拟南芥分生区细胞数目。crf3-5分生区细胞数目变化与温度有关。3、统计22℃和28℃这2种条件下crf突变体zeatin处理分生区细胞数目变化的结果显示：在不同的温度条件下,同一个crf突变体对zeatin的敏感度不同。说明温度因素会影响一些crf突变体对细胞分裂素的应答。4、crf突变体2,4-D处理实验结果显示：crf2-1, crf3-5, crf3-6对2,4-D敏感度比野生型高,说明crf突变体可能与生长素途径有关。CRF基因能够调节主根分生区细胞数目,影响分生区的长度,进而影响了主根的生长速度。CRFs在根发育中与细胞分裂素有着直接的关系,同时并且CRFs.在根发育中的功能与温度有着一定关联。不同等位突变体的表型差异可能与其插入的位点有关。水稻根系具有丰富的遗传多样性,而目前对水稻根系分析使用品种数目很少,因此对于水稻根系的差异极端的程度了解很少。水稻属于须根系,其根系主要由冠根组成,冠根对水稻吸收营养和水分具有重要作用。生长素对水稻冠根数目有着重要的影响,然而不同品种的水稻对生长素敏感性的了解很少,二而且生长素的运输对水稻冠根的影响研究较少。本文采用改进的水稻根系鉴定体系,主要结果如下：1.本研究建立了一套稳定的考察水稻根系表型的方法,此方法可以用于高通量的筛选。采用定点施加植物生长素极性运输抑制剂的方法,为冠根形成因素的研究提供了一种很好的方法。2.NPA处理DR5::GUS根茎交界处时发现胚芽鞘染色模式没有变化,而根茎交界处GUS积累随着NPA浓度的增高降低,根中的GUS积累发生变化。根茎交界处生长素含量减少从而导致冠根数目变少。同时发现NPA对不同品种的水稻冠根、根长抑制作用不同。可以推测不同品种体内生长素含量不同。3.切去生长素在根中积累部位会使水稻冠根数目增加,而切去水稻生长点则会使水稻冠根数目显著变少。表明水稻的冠根数目与地上地下两部分生长素有关。4.使用NPA在主根1/2部位处理阻断生长素流动。在高浓度NPA处理时,水稻冠根数目变少；低浓度NPA处理时,ZS97水稻冠根数目变多。表明根茎交界处生长素来源之一为根尖合成生长素向上运输,降低这种生长素的运输会导致冠根数目减少。5.测量NPA处理根茎交界处后1d-4d的主根长度,并绘制主根生长曲线。在低浓度NPA处理时,主根的生长没有受到抑制；在高浓度时,主根生长受到抑制并停止生长。这说明NPA抑制根中生长素的向上运输会导致主根生长受抑制。本研究对42个核心种质资源冠根数目进行统计,发现水稻冠根存在丰富的遗传多样性。分析了冠根数目极端品种对生长素的敏感性,对水稻冠根数目机制进行的初步研究。水稻冠根数目与根茎交界处生长素含量有直接的关系。水稻根茎交界处的生长素积累取决于地上和地下两个生长素合成位置,根尖合成的生长素会向地上部分运输到根茎交界处影响冠根数目。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 第一章 拟南芥CRF家族对根发育的作用
• 1 前言
• 1.1 细胞分裂素的合成、运输和信号传导
• 1.1.1 细胞分裂素的合成和失活
• 1.1.2 细胞分裂素的运输
• 1.1.3 细胞分裂素的信号传导
• 1.2 生长素的合成、运输和信号传导
• 1.2.1 生长素的合成
• 1.2.2 生长素的运输
• 1.2.3 生长素的信号传导
• 1.3 细胞分裂素、生长素和赤霉素的交互作用
• 1.4 CRF家族研究进展
• 1.4.1 CRF家族简介
• 1.4.2 已知信号传导途径和功能
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.2 植物材料种植
• 2.3 拟南芥crf突变体基因型鉴定
• 2.3.1 纯杂合鉴定
• 2.3.2 CRF突变体RNA表达水平
• 2.4 拟南芥CRF突变体根系的形态和结构观察
• 2.4.1 主根长
• 2.4.2 分生区长度
• 2.4.3 分生区细胞数目
• 2.4.4 zeatin处理
• 2.4.5 2,4-D处理实验
• 3 结果与分析
• 3.1 拟南芥crf突变体基因型鉴定
• 3.2 拟南芥CRF突变体根系的形态和结构观察
• 3.2.1 主根长
• 3.2.2 分生区长度
• 3.2.3 分生区细胞数目
• 3.2.4 crf突变体zeatin处理分生区细胞数目变化
• 3.2.5 crf突变体2,4-D处理实验
• 3.2.6 crfs温度处理实验
• 3.2.7 crf突变体插入位点
• 4 讨论
• 4.1 CRFs对拟南芥根的作用
• 4.2 CRFs与细胞分裂素
• 4.3 CRFs与生长素
• 4.4 CRFs与环境温度
• 4.5 CRFs结构域作用
• 第二章 水稻冠根数目的多样性与生长素关系
• 1 前言
• 1.1 水稻根系多样性研究进展
• 1.2 水稻冠根发育机理研究进展
• 1.2.1 水稻冠根的起始
• 1.2.2 生长素合成与水稻冠根的形成
• 1.2.3 生长素的运输与冠根数目
• 1.2.4 生长素、细胞分裂素信号传导与冠根数目
• 1.3 根长与生长素研究进展
• 1.4 生长素与DR5
• 2 材料与方法
• 2.1 水稻材料
• 2.2 培养基
• 2.3 种子灭菌及幼苗生长
• 2.4 水稻核心种质库冠根多样性
• 2.5 不同浓度NPA处理根茎交界处ZH-11主根长度生长曲线
• 2.6 NPA处理水稻根茎交界处对生长素积累模式影响
• 2.7 NPA加到主根中段冠根数目变化
• 2.8 切去1/3主根后或切去地上部分后冠根数目变化
• 2.9 NPA处理水稻根茎交界处水稻冠根数目、主根长度变化
• 3 结果与分析
• 3.1 水稻冠根遗传多样性
• 3.2 不同浓度NPA处理根茎交界处ZH-11主根长度生长曲线
• 3.3 根茎交界处NPA处理与生长素的积累模式
• 3.4 NPA处理对生长素在胚芽鞘积累模式影响
• 3.5 切去1/3主根或者地上部分后冠根数目变化
• 3.6 NPA加到主根1/2处冠根数目变化
• 3.7 不同水稻冠根数目对生长素的敏感性
• 3.8 NPA处理根茎交界处对不同水稻主根长度影响
• 4 讨论
• 4.1 水稻根系与生长素关系研究系统建立
• 4.2 水稻根系遗传多样性
• 4.3 水稻冠根数目与生长素关系
• 4.3.1 水稻冠根数目与根茎交界处生长素浓度关系
• 4.3.2 水稻冠根数目与生长素运输关系
• 4.4 不同水稻品种根系差异与生长素关联
• 参考文献
• 附录1 论文图版
• 附录2 试剂配方
• 致谢