拟南芥PRRs基因家族在红光与蓝光信号转导中的作用初探

论文摘要

光是影响植物生长发育最重要的环境因子之一,主要是通过光强、光量、光质、光向和光周期来影响植物的生长发育。光信号通过光受体进入生物钟,使中央振荡器产生振荡,改变生物钟的输出信号,引起植物各种生理生化反应,光能够调控植物从种子萌发到开花过程的每个阶段。近年来,光信号转导途径的研究非常广泛,但由于光信号的转导网路极其复杂,目前对于完整的光信号转导通路仍没有研究透切。PRRs（pseudo-response regulators）家族中的PRR7、PRR9、TOC1是生物钟中央振荡器的主要成员,它们极有可能参与光信号转导途径,研究PRRs基因在光信号转导中的作用,对光信号转导途径的理解具有重要的意义。本研究以拟南芥为供试材料,探索PRRs基因在不同光质信号转导中的作用。在红光和蓝光下对prrs突变体（prr5、prr7、prr9和toc1）及其野生型的下胚轴表型进行比较观察,并采用实时定量PCR方法对突变体中光信号通路相关基因ZTL（ZEITLUPE）和CO（CONSTANS）的节律表达进行分析,最后对prrs突变体在长日照条件下的莲座叶数目及开花时间进行了观察和统计。本论文得到的主要结果如下:（1）鉴定了prrs突变体在不同光质下生长的下胚轴表型,发现在红光下,各prrs突变体比野生型要长,而在蓝光下较野生型要短,但是在白光和黑暗条件下,各prrs突变体与野生型的下胚轴相差不显著。这些结果表明,PRRs家族基因可能在光信号转导途径中参与植物生长发育的调控,其中不同PRRs基因可能在不同的光质信号转导中发挥不同作用。（2）通过实时荧光定量PCR检测了prrs突变体在红光和蓝光条件下与光信号及PRRs相关基因ZTL与CO mRNA的表达情况。结果表明,红光和蓝光下prrs突变体中ZTL mRNA和CO mRNA的节律表达与野生型差异显著,其中红光下prr5和prr7,蓝光下prr5和toc1中的ZTL mRNA的表达显著下降且节律消失;红光下prr7和prr9,蓝光下prr5中的CO mRNA突变体表现出基本无节律。因此推测,PRRs与ZTL的相互作用很可能在红光和蓝光信号转导途径中发挥作用,且PRRs基因极有可能参与了红光和蓝光条件下对CO的调控。（3）鉴定了prrs突变体在长日照条件下的开花表型。通过在长日照条件下对prrs突变体的莲座叶数目和开花时间进行了观察和统计,与野生型比较发现,prrs突变体在长日照条件下都表现出晚开花的表型。与开花时间的结果趋势一致,各prrs突变体开花时的莲座叶也都比野生型多,说明PRRs基因的缺失影响了拟南芥植物的开花,这有可能是由于PRRs基因的缺失影响了对开花基因CO的调控引起的,进而引起prrs突变体晚开花的表型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光对植物生理生化活动的影响
• 1.1.1 光周期对植物的影响
• 1.1.2 光质对植物的影响
• 1.1.3 光照强度对植物的影响
• 1.2 光信号转导的研究进展
• 1.2.1 光信号转导的因子
• 1.2.2 光敏色素的信号转导
• 1.2.3 隐花色素的信号转导
• 1.2.4 向光素的信号转导
• 1.3 光信号与生物钟信号的整合
• 1.4 PRRs 家族基因的研究进展
• 1.4.1 PRRs 家族的结构特征
• 1.4.2 PRRs 家族基因的功能及研究进展
• 1.5 本文主要研究目的和意义
• 第2章 prrs 突变体对红光和蓝光的敏感性分析
• 2.1 实验材料、试剂与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验仪器
• 2.1.4 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 prrs 突变体在红光和蓝光下的下胚轴长度分析
• 2.2.2 prrs 突变体在白光和黑暗下的下胚轴长度分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 红光和蓝光对prrs 突变体中ZTLm RNA 及CO mRNA 转录水平的影响
• 3.1 实验材料、试剂与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验试剂
• 3.1.3 实验仪器
• 3.1.4 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 红光对prrs 突变体中ZTL mRNA 转录水平的影响
• 3.2.2 蓝光对prrs 突变体中ZTL mRNA 转录水平的影响
• 3.2.3 红光对prrs 突变体中CO m RNA 转录水平的影响
• 3.2.4 蓝光对prrs 突变体中CO m RNA 转录水平的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 各prrs 突变体在长日照条件下的开花时间分析
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 长日照下prrs 突变体及野生型的莲座叶数目比较
• 4.2.2 长日照下prrs 突变体及野生型的开花时间比较
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢