高温抑制拟南芥顶端弯钩形成与HLS1促进热形态建成的机理研究

论文摘要

温度作为一种重要的环境因子影响着植物的生长发育。由于不能移动,植物只能被动地应对昼夜温度和四季气温的改变。高温对植物一系列形态架构的改变,称为热形态建成。众所周知,高温促进光下生长的拟南芥（Arabidopsis thaliana）的细胞伸长和开花时间。然而,高温对暗中生长的黄化幼苗的影响尚不清楚。植物激素乙烯在暗中诱导拟南芥黄化苗形成加剧的顶端弯钩。曾有研究报道,其他一些植物激素,如:茉莉酸,赤霉素,分别能抑制或协同调控由乙烯促进的加剧顶端弯钩的形成。然而,一些环境因素（如温度）是否参与其中还未可知。本研究以高温（28°C）为环境处理因素,着重研究高温调控暗中拟南芥黄化苗顶端弯钩发育的分子机制。我们发现在暗中,无论是否经乙烯处理,高温都抑制野生型拟南芥幼苗中由乙烯促进的顶端弯钩形成,促使弯钩弯曲程度减少,弯钩打开;并且减少组成型乙烯应答突变体ctr1-1的弯钩弯曲程度。但高温不干扰核心转录因子EIN3的稳定性和转录活性,表明高温作用于乙烯信号通路的下游。顶端弯钩形成的主要原因是幼苗下胚轴顶端内外两侧生长素分布不均。我们发现,高温处理减少弯钩部位生长素水平以及干扰生长素的非对称性分布。进一步转录组测序分析发现,高温下调由生长素上调的SAUR基因家族成员（SAUR25/SAUR29/SAUR53/SAUR69）的基因表达。另外,通过基因功能富集分析发现,“应答生长素”功能范畴在受高温下调的基因中大量富集。为了研究减少生长素积累的机制,我们通过检测一些编码生长素合成相关酶的基因表达水平,发现大部分YUCCAs的基因表达都被高温下调。本研究揭示,目前已经报道的在光下生长的植物中的植物热传感组分光敏色素—PIF4元件不足以感知暗中黄化苗的热应答。我们推测,植物在暗中可能通过其他机制来感知外界升高的环境温度。以上研究表明高温抑制拟南芥黄化苗中由乙烯促进的加剧顶端弯钩的形成。高温通过抑制生长素合成相关基因YUCCAs的表达,来减少顶端弯钩部位的生长素活性,从而拮抗由乙烯诱导的加剧顶端弯钩的形成。HOOKLESS1（HLS1）是调控暗中黄化苗顶端弯钩发育过程中的重要正调控因子,编码一个类似N-乙酰基转移酶的蛋白。我们发现无论是否经乙烯处理,hls1突变体在22°C和28°C条件下都表现为顶端弯钩缺失的表型。与此同时,我们也观察了光下hls1突变体的热形态建成表型,发现HLS1在促进拟南芥热形态建成过程中起着必不可少的作用。进一步转录组测序分析发现,大约有一半受高温调控的基因依赖于HLS1,依赖于HLS1调控转录组改变的基因有87%的基因也同时依赖于PIF4。综上所述,HLS1在暗中作为黄化苗顶端弯钩发育的关键调节因子,同时也促进光下拟南芥的热形态建成。本研究也表明了HLS1调控由高温诱导的转录组差异表达模式的改变,并且该过程同时也依赖于PIF4。

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摘要

Abstract

第一章前言与综述

1.1 拟南芥热形态建成研究概述

1.1.1 温度信号通路组分PhyB

1.1.2 温度信号通路核心调控因子PIF4

1.1.3 光信号通路与热形态建成的交叉互作

1.1.4 生物钟与热形态建成的交叉互作

1.1.5 表观遗传修饰与热形态建成的交叉互作

1.1.6 依赖于色氨酸的生长素合成途径

1.2 拟南芥顶端弯钩发育的研究进展概述

1.2.1 乙烯对顶端弯钩形成的调控

1.2.2 生长素对顶端弯钩形成的调控

1.2.3 赤霉素对顶端弯钩形成的调控

1.2.4 茉莉酸对顶端弯钩形成的调控

1.2.5 光对顶端弯钩的调控

1.3 植物激素乙烯的研究进展概述

1.3.1 乙烯的生理功能

1.3.2 乙烯的信号转导通路

1.4 HLS1 的研究进展概述

1.5 研究目的和意义

第二章实验材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 植物材料

2.1.2 化学试剂

2.2 实验方法

2.2.1 植物生长条件与培养

2.2.2 顶端弯钩角度、下胚轴长度及叶柄长度的测量

2.2.3 植物RNA的提取

2.2.4 反转录及Real-time PCR

2.2.5 转录组测序分析

2.2.6 植物总蛋白的提取

2.2.7蛋白质印迹实验

2.2.8 GUS染色实验

2.2.9 生长素含量的测定

2.2.10 DR5::3×VENUS-N7 的荧光共聚焦图像观察

2.2.11 统计分析

第三章实验结果与讨论

3.1 实验结果

3.1.1 高温抑制拟南芥黄化苗顶端弯钩的形成

3.1.1.1 高温抑制黄化苗中由乙烯诱导的加剧顶端弯钩的形成

3.1.1.2 高温不影响EIN3 的蛋白稳定性和转录活性

3.1.1.3 高温减少顶端弯钩部位的生长素活性

3.1.1.4 高温减少生长素应答基因的表达水平

3.1.1.5 阻断顶端弯钩部位生长素活性后导致高温不敏感弯钩表型

3.1.1.6 高温通过减少YUCCAs的基因表达来减少生长素合成

3.1.1.7 光敏色素—PIF4 组分在暗中不足以感知高温应答

3.1.2 HLS1 促进拟南芥的热形态建成

3.1.2.1 HLS1 在高温应答中必不可少

3.1.2.2 HLS1 促进拟南芥的热形态建成

3.1.2.3 HLS1与PIF4 共同参与高温诱导的转录组调控

3.2 讨论与展望

第四章论文小结

4.1 高温抑制拟南芥黄化苗中由乙烯诱导的加剧顶端弯钩的形成

4.2 HLS1 促进拟南芥的热形态建成

附录 A 缩略语（Abbreviations）

附录 B 引物（Primers）

参考文献

在读期间发表的论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 晋欢欢

导师: 朱自强

关键词: 高温,顶端弯钩,植物激素,乙烯,热形态建成

来源: 南京师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 南京师范大学

基金: 国家自然科学基金(No. 31470375)

分类号: Q943.2

DOI: 10.27245/d.cnki.gnjsu.2019.001065

总页数: 67

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高温抑制拟南芥顶端弯钩形成与HLS1促进热形态建成的机理研究

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