（植物学专业论文）拟南芥ice1通过调节赤霉素合成调控植物生长发育.pdf

山东农业大学博士学位论文 拟南芥i c e l 通过调节赤霉素合成调控植物生长发育 专业 植物学 指导教师 郝玉金教授 张宪省教授 博士研究生 陶园 摘要 适度低温是一些高等植物正常的生长发育所必需的 如低温层积被广泛用于提高拟 南芥等种子的萌发率和一致性 赤霉素 g a 是调控种子萌发 茎和下胚轴伸长 花 发育和丌花等诸多生命过程的重要激素 在拟南芥 榛子和苹果中的研究表明 低温层 积能提高种子内源g a 含量 所以g a 和低温两条信号通路是相通的 但是 人们对整 合两条通路的共同节点知之甚少 i c e l 是拟南芥低温信号转导通路中的一个关键转录 因子 它响应低温信号 并通过调控c b f s 转录因子激活c o r c o l d r e g u l a t e d 基因的 表达 从而调控植物的低温响应 本文着重研究i c e l 基因在植物发育方面的功能 特 别是它通过调节g a 合成调控拟南芥的植株生长 开花 育性等 主要研究结果如下 1 i c e l 抑制拟南芥的植株生长 成年野生型拟南芥 c 0 1 o 植株的高度为3 0c m 左右 而突变体i c e l f 高达4 5c m 在i c e i 基因过表达株系中 强表型植株的高度只有1 0e m 左右 这说明 i c e l 能够抑 制拟南芥的植株生长 降低株高 2 i c e l 通过调控g a m y b 基因影响花粉育性 在i c e l f 突变体的主花序轴上 下端有l o 个左右的果荚不能结种子 与野生型相 比 突变体对应部位的花药开裂较晚 花粉粒颜色异常 在萌发培养基上的离体萌发实 验表明 野生型花粉的萌发率高达5 0 而i c e i f 花粉只有1 0 人工授粉后的活体实 验表明 i c e l f 花粉在野生型和突变体的柱头都不能正常萌发 而用野生型花粉授粉可 以使突变体结果荚 上述结果表明 雄性不育导致了突变体的花序基部不育 鉴于g 么m 阳一l i k e 基因影响花粉育性 我们分析了该类基因在野生型和突变体中的 拟南芥i c e l 通过调节赤霉素合成调控植物生长发育 表达模式 半定量r t p c r 和n o r t h e r n 杂交实验结果表明 与野生型相比 突变体花中 的a t m y b 3 3 a t m y b 6 5 a t m y b l 0 1 和a t m y b l 2 0 基因表达上调 3 i c e l 通过调控开花相关基因影响开花时间 短日照条件下 i c e l 一 突变体的开花时间比野生型早 进而我们分析了开花诱导相 关基因的表达模式 半定量r t p c r 结果显示 突变体中促进拟南芥开花的基因三f k c o 和f 丁表达上调 而抑制开花的基因f l c 表达下调 4 i c e l 通过调控l e c s 基因影响种子发育 i c e l 的成熟种子外表干瘪 显微观察发现 i c e l t 突变体能发育出正常的球形胚 心形胚和鱼雷胚 但随后的发育受阻 不能形成正常大小和形状的弯子叶胚 导致成熟 胚不能充满种皮 造成种子干瘪 鉴于l e c l l e c 2 和f u s 3 等是胚胎发育的重要调控基因 我们对这些基因的表达 模式进行了分析 实时定量r t p c r 结果显示 三嬲j l e c 2 和f u s 3 在i c e l f 果荚中 的表达升高 其中f u s 3 最明显 5 i c e l 通过调控g a 合成代谢相关基因影响内源g a 水平 鉴于突变体的各种表型 我们怀疑i c e l 能够调控g a 合成或代谢 因此对g a 合 成代谢关键酶基因的表达模式进行了分析 实时定量r t p c r 结果显示 在i c e l 突变 体中 g a 合成相关基因a t g a 3 0 x l a t g a 3 0 x 2 a t g a 3 0 x 3 a t g a 3 0 x 4 和a t g a 2 0 0 x l 的 表达水平明显升高 而g a 分解代谢基因a t g a 2 0 x 2 表达水平则下降 激素测定也表明 突变体的内源g a 含量升高 表明i c e l 基因抑制拟南芥的内源g a 合成 6 i c e l 蛋白与a t g a 3 0 x 4 基因启动子的顺式元件结合 染色质免疫共沉淀 c h i p 结果表明 在候选基因a t g a 3 0 x l a t g a 3 0 x 2 a t g a 3 0 x 3 a t g a 3 0 x 4 a t g a 2 0 0 x l 和a t g a 2 0 x 2 中 i c e l 蛋白能够与g a 合成基因a t g a 3 0 x 4 的启 动子结合 特异结合的e b o x 元件为 2 0 6c a t t t g 2 0 0 关键词 拟南芥 i c e l 突变体 赤霉素合成 基因表达 生长发育 山东农业大学博士学位论文 i c e1r e g u l a t e sp l a n tg r o w t ha n d d e v e l o p m e n tb yt u n i n g g i b b e r e i l i ns y n t h e s i si na r a b i d o p s i s m a jo r b o t a n y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rh a o y u j i n p r o f e s s o rz h a n g x i a n s h e n g p h d c a n d i d a t e t a o y u a n a bs t r a c t a p p r o p r i a t el o wt e m p e r a t u r ef a v o r a b l yc o n t r i b u t e st op l a n tg r o w t ha n dd e v e l o p m e n t f o r e x a m p l e c o l ds t r a t i f i c a t i o ni sw i d e l ya p p l i e dt op r o m o t eg e r m i n a t i o nb o t hi nf r e q u e n c ya n d s y n c h r o n i z a t i o n p h y t o h o r m o n eg i b b e r e l l i n s g a s p l a yc r u c i a lr o l e si ns e e dg e r m i n a t i o n s t e ma n d h y p o c o t y le l o n g a t i o n f l o r a ld e v e l o p m e n ta n df l o w e r i n gt i m e c o l ds t r a t i f i c a t i o nc a n i n c r e a s et h ee n d o g e n o u sg ac o n t e n t si na r a b i d o p s i s h a z e la n da p p l es e e d s t h e r e f o r e c o l d a n dg as i g n a lp a t h w a ys h o u l db ei n t e g r a t e dt or e g u l a t ep l a n td e v e l o p m e n ti nac r o s s p o i n t w h i c hi su n c l e a ra sy e t i c e1i sak e yt r a n s c r i p t i o nf a c t o ri nc o l ds i g n a l i n gp a t h w a yo f a r a b i d o p s i s i tc o n t r o l st h er e s p o n s eo fp l a n tt oc o l ds i g n a lb yi n i t i a t i n gc b f st r a n s c r i p t i o n f a c t o r sa n dc o r c o l d r e g u l a t e d g e n e si nt u r n i nt h i ss t u d y t h ef u n c t i o n so fi c e1i np l a n t g r o w t ha n dd e v e l o p m e n tw e r eo b s e r v e da n di n v e s t i g a t e dw i t he m p h a s i so nt h er e g u l a t i o no f i c e1t op l a n tg r o w t h f l o w e r i n ga n df e r t i l i t yb yt u n i n gg a s y n t h e s i s t h em a i nr e s u l t sa r e s h o w na sf o l l o w s 1 i c e1 r e p r e s s e sp l a n tg r o w t hi na r a b i d o p s i s m a t u r ew t c o l 一0 p l a n tw a sa b o u t3 0c mi nh e i g h t w h i l ei c e l tm u t a n tu pt o4 5c m a r a b i d o p s 括p l a n t so v e r e x p r e s s i n gi c e lg e n ee x h i b i t e dad w a r fp h e n o t y p e t h ep l a n th e i g h t w a so n l y10c m s o i c e1c o u l ds u p p r e s sp l a n tg r o w t hi na r a b i d o p s i s 2 i c e1c o n t r o l sm a l es t e r i l i t yb yt u n i n gg a m y b l i k eg e n e s t h ef i r s tt e ns i l i q u e sf a i l e dt os e ts e e di nt h eb a s eo ff l o r e s c e n c eo fi c e l 一tm u t a n t t h e 拟南芥i c e i 通过调节赤霉素合成调控植物生长发育 a n t h e r so fc o r r e s p o n d i n gf l o w e r sd e h i s c e dl a t e ri nm u t a n tt h a nw t i na d d i t i o n m u t a n t p o l l e n se x h i b i t e da b n o r m a li nc o l o rr e l a t i v et ow t g e r m i n a t i o ni nv i t r oo nm e d i u m d e m o n s t r a t e dt h a t5 0 p o l l e n sw e r ea b l et og e r m i n a t ei nw tw h i l eo n l y10 i nm u t a n t f u r t h m o r e g e r m i n a t i o ni nv i v oo np i s t i l sa r t i f i c i a l l yp o l l i n a t e ds h o w e dt h a tm u t a n tp o l l e n s f a i l e dt og e r m i n a t eo nb o t hw ta n dm u t a n tp i s t i l s w h i l ea r t i f i c i a lp o l l i n a t i o nw i t hw t p o l l e n l e a dt os u c c e s si ns e t t i n gs e e d si nm u t a n ts i l i q u e s t h o s ef i n d i n g si n d i c a t et h a tm a l es t e r i l i t y c a u s e st h ef a i l u r et os e ts e e d si n t h eb a s a lf l o w e r so fm u t a n t c o n s i d e r i n gt h er e g u l a t i o no fg a m y b l i k eg e n e st op o l l e nd e v e l o p m e n t g e n e e x p r e s s i o np a t t e r n sw e r ei n v e s t i g a t e di nm u t a n ta n dw tw i t hr t p c ra n dr n a b l o ta s s a y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e t r a n s c r i p tl e v e lo ff o u rg a m y b l i k eg e n e s i e a t m y b 3 3 a t m y b 6 5 a t m y b l 0 1a n da t m y b l 2 0 w e r eu p r e g u l a t e di ni c e l 一fm u t a n tr e l a t i v et ow t 3 i c e1c o n t r o l sf l o w e r i n gt i m eb ym o d u l a t i n gt h er e l a t i v eg e n e s i c e l rm u t a n tf l o w e r e de a r l i e rt h a nw tu n d e rs h o r td a y s d c o n d i t i o n s s u b s e q u e n t l y t h ee x p r e s s i o n p a t t e r n so fk e yg e n e si n v o l v e di n f l o r a li n i t i a t i o nw e r ee x a m i n e dw i t h s e m i q u a n t i t a t i v er t p c r t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ei n d u c i n gg e n e sl f y c oa n df tf o r f l o r a li n i t i a t i o nw e r eu p r e g u l a t e di ni c e l 一fm u t a n t w h i l et h e s u p p r e s s o rg e n ef l cw a s d o w n r e g u l a t e d 4 i c e1c o n t r o l ss e e d sd e v e l o p m e n tb yt u n i n gl e c sg e n e s t h em a t u r es e e d so fi c e l 一 w e r es c r a w n ya n ds h r i v e l e di ns e e d s k i n m i c r o s o p i c o b s e r v a t i o nf o u n dt h a ti c e l p r o d u c e dn o r m a lg l o b u l a r h e a r ta n dt o r p e d oe m b r y o h o w e v e r t h ee m b r y od e v e l o p m e n to fm u t a n tw a si n h i b i t e di nt h ef o l l o w i n gs t a g e sa n df a i l e dt of o r m e m b r y ow i t hc u r l e dc o t y l e d o n a sar e s u l t t h ee m b r y o sw e r es m a l l e ri nm u t a n tt h a nw t w h i c hm a d et h em u t a n ts e e dl o o k i n gs c r a w n y b e c a u s el e a f y c o t y l e d o n l e c g e n e s i e l e c l l e c 2a n df u s 3 p l a yk e yr o l e s i nc o n t r o l l i n ge m b r y od e v e l o p m e n t w ed e t e c t e dt h e i r e x p r e s s i o np a t t e r n s r e a l t i m er t p c r s h o w e dt h a ta l lt h r e e g e n e s e s p e c i a l l yf u s 3 w a ru p r e g u l a t e di nt h es i l i q u e so fi c e i f m u t a n tr e l a t i v et ow z i c eic o n t r o l se n d o g e n o u sg al e v e lb yr e g u l a t i n gt h ee x p r e s s i o no f g e n e si n v o l v e di n g a s y n t h e s i sa n dm e t a b o l i s m 4 山东农业大学博士学位论文 b a s e do nt h o s ep h e n o t y p e so fi c e l 一tm u t a n t i tw a sp r e d i c t e dt h a ti c e lc a nr e g u l a t eg a s y n t h e s i so rm e t a b o l i s m r e a l t i m er t p c r sw e r ec a r r i e do u tt ov e r i f yt h eh y p o t h e s i s i tw a s f o u n dt h a tg as y n t h e s i s r e l a t e dg e n e sa t g a 3 0 x l a t g a 3 0 x 2 a t g a 3 0 x 3 a t g a 3 0 x 4a n d a t g a 2 0 0 x lw e r eu p r e g u l a t e di ni c e l fm u t a n tr e l a t i v et ow t w h i l eg ad e g r a d a t i o n r e l a t e d g e n ea t g a 2 0 x 2w a sd o w n r e g u l a t e d i nf a c t i tw a sa l s of o u n dt h a tg al e v e lw a sm u c hh i g h e r i nm u t a n tt h a nw t s o i c e1r e p r e s st h es y n t h e s i so fe n d o g e n o u sg ai na r a b i d o p s i s i c e1p r o t e i nb i n d st ot h ep r o m o t e ro f a t g a 3 0 x 4 c h r o m a t i ni m m u n o p r e c i t a t i o n c h i p s h o w e dt h a ti c e1 p r o t e i nc o u l db i n d t ot h e p r o m o t e ro fg ab i o s y n t h e t i cg e n ea t g a 3 0 x 4a m o n g6c a n d i d a t eg e n e s i e a t g a 3 0 x l a t g a 3 0 x 2 a t g a 3 0 x 3 a t g a 3 0 x 4 a t g a 2 0 0 x la n da t g a 2 0 x 2 t h eb i n d i n ge b o xe l e m e n ti s 2 0 6c k p n g 2 0 0 k e yw o r d s a r a b i d o p s i s i c e l m u t a n t g i b b e r e l l i n ca c i ds y n t h e s i s g e n ee x p r e s s i o n g r o w t ha n dd e v e l o p m e n t 5 中英文缩略表 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文 是在导师指导下 独立进行科学研究所取得 的成果 对在论文研究期间给予指导 帮助和做出重要贡献的个人或集体 均在文中明确说明 本声明的法律责任由本人承担 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的规定 同意学 校保留和按要求向国家有关部门或机构送交论文纸质本和电子版 允许论 文被查阅和借阅 本人授权山东农业大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存 论文和汇编本学位论文 同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到 中国学位论文全文数据库 并向社会公众提供信息服务 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 龃 导师签名 麴幽 日 期 珥叩 拟南芥i c e l 通过调节赤霉素合成调控植物生长发育 1 前言 1 1 高等植物中赤霉素的研究及分析 植物激素赤霉素 g i b b e r e l l i n s 或g i b b e r e l l i ca c i d g a 属于萜烯类化合物 在植 物生长发育过程中参与调控种子萌发 茎和下胚轴伸长 表皮毛发育 花发育和开花等 诸多生命过程 同时 g a 还参与环境因子和一些环境逆境的应答反应 是植物生长发 育和环境适应必不可少的重要激素 j i a n ge ta 1 2 0 0 7 s c h w e c h h e i m e r 2 0 0 8 鉴于此 g a 信号途径一直是人们研究的热点 l a n g e 1 9 9 8 k a m i y aa n dg a r c i a m a r t i n e z 1 9 9 9 h e d d e na n dp h i l l i p s 2 0 0 0 y a m a g u c h ia n dk a m i y a 2 0 0 0 t h o r n t o ne ta 1 19 9 9 b l o v e g r o v e a n dh o o l e y 2 0 0 0 s u n 2 0 0 0 r i c h a r d se ta 1 2 0 0 1 在模式植物中 随着对各种g a 合 成和响应相关突变体的遗传剖析 g a 生物合成途径中的许多关键基因已经被鉴定 对 g a 信号转导途径的了解也越来越透彻 目前的研究表明 g a 合成代谢及其信号转导 关联密切 并在一些关键节点与其它信号转导途径整合 形成复杂的调控网络 共同调 节植物的生长发育 o l s z e w s k ie ta 1 2 0 0 2 1 1 1 赤霉素在植物形态发生中的作用 赤霉素 g a 对植物生长发育的调控贯穿于整个生命周期 g a 合成或响应相关的 功能缺失突变体常表现为叶子变小 浓绿 节间短等表型 有些突变体则表现为种子萌 发和花发育缺陷 或开花时间改变 t h o m a sa n ds u n 2 0 0 4 p e n ga n dh a r b e r d 2 0 0 2 o l s z e w s k ie ta 1 2 0 0 2 与此相反 内源g a 含量提高或敏感型突变体或转基因系则表现 为植株变高且细长 r i c h a r d se ta 1 2 0 0 1 目前 已有很多讨论g a 生物合成和信号途径的综述 t h o m a sa n ds u n 2 0 0 4 p e n g a n dh a r b e r d 2 0 0 2 o l s z e w s k ie ta 1 2 0 0 2 r i c h a r d se ta 1 2 0 01 h e d d e na n dp h i l l i p s 2 0 0 0 s u na n dg u b l e r 2 0 0 4 有一些综述概括性地讨论了g a 调控植物形态发生的机制 t s u k a y a 2 0 0 3 h a ye ta 1 2 0 0 4 尽管g a 在发育过程中所起的许多作用已被确认 图 1 1 但是还依然存在着一些值得继续深入探讨的地方 比如 g a 是怎样起作用的 g a 途径中的作用元件对应形态学中的哪些方面等 下面将对g a 在某一特定的发育时期 所起的作用以及作用机制作重点描述 6 山东农业大学博 学位论文 a u x i na n de t h y l e n e 7 a b a ig a b a s d e 7 e r m m g a h y p o c o t w 驯 6 f s t e m 三澎三 一 开曲o b l e f o r m a t i o n g a g a c 帅w t o p d 曲hp l m 由科 圆i l g 和其它激素在植物茇育过程中所起的作用 赤需崇和其它激素之同的相互作用 除g a 外 其它激素的作用只有在与g a 的功能相互作用时 才被标出 犬箭头 最d i 发育时期的转变 斜体字表示受相关激案影响蚺发育过程 t 线表示抑制 箭头表示促进 灰色箭头表示猜测的 作用 表示两种撤紊间有互相促进的作用 并且这种作甩不分先后 a b a 脱落酸 7 可 o 一蓼 圣墨m e k 鬻 7 甓 m 时 m 拟南芥i c e i 通过调节赤霉素合成调控植物生长发育 f i g1 1t h e r o l e so fg aa n do t h e rh o r m o n e si np l a n td e v e l o p m e n t a lp r o c e s s i n t e r a c t i o no fg aw i t ho t h e rh o r m o n e s r o l e sf o rh o r m o n e so t h e rt h a ng aa r ei n d i c a t e do n l yw h e nt h e yi n t e r a c tw i t hg a f u n c t i o n s l a r g ea r r o w si n d i c a t ec h a n g e si nd e v e l o p m e n t a ls t a g e i t a l i ct e x ti n d i c a t e sad e v e l o p m e n t a lp r o c e s st h a ti sa f f e c t e d b yt h ei n d i c a t e dh o r m o n e s t b a r sd e n o t ei n h i b i t i o no ft h ei n d i c a t e dp r o c e s s w h e r e a sb l a c ka r r o w s d e n o t ep r o m o t i o n g r a y a r r o w sd e n o t eah y p o t h e s i z e dr o l e t w oh o r m o n e ss h o w i n gs y n e r g i s t i ci n t e r a c t i o na r ed e n o t e db ya b e t w e e nt h e m t h i s d o e sn o ti m p l ya no r d e r i n go ft h e i ra c t i v i t i e s a b a a b s c i s i ca c i d g a 最常见的功能就是促进营养生长 这包括节间的延长 根的伸长和叶的扩展 无论是g a 合成基因的突变 还是g a 信号途径中正调控子的突变 都会明显表现出矮 化的表型 如s l y l g i d 2 p k l 而敲除g a 信号的抑制子后 则会产生不依赖g a 的生 长 t h o m a sa n ds u n 2 0 0 4 o l s z e w s k ie ta 1 2 0 0 2 r i c h a r d se ta 1 2 0 01 1 1 1 1g a 对茎发育的影响及作用机制 尽管大多数g a 缺失的矮化突变体是由g a 合成酶方面的缺陷造成的 但是g a 代 谢酶的过量表达同样能够造成植株矮化的表型 g a 2 氧化酶是促进g a 分解代谢的酶 在拟南芥 s c h o m b e r g e ta 1 2 0 0 3 水稻 s a k a m o t oe ta 1 2 0 0 3 和杨树 b u s o ve ta 1 2 0 0 3 中 过量表达编码此酶的基因 能够缩短节间长度并降低株高 因此 g a 在调控植株 高度方面起着非常重要的作用 关于g a 调控植物生长机制的研究 是从g a 合成基因转录调控因子的发现开始的 烟草蛋白r s g r e p r e s s i o no fs h o o tg r o w t h 是一种b z i p 转录因子 它能够 结合并促进g a 合成基因k a u r e n eo x i d a s e 的转录 f u k a z a w ae ta 1 2 0 0 0 r s g 的显性 突变体能够导致g a 缺失的矮化表型 并且还能够抑制g a 2 0 0 x 的表达 这说明 r s g 对g a 2 0 0 x 起着反馈调控的作用 另外 g a 处理能够促进r s g 从细胞核向细胞质转运 在细胞质中 r s g 与1 4 3 3 蛋白相互作用 又阻止了其向核的迁移 i s h i d ae ta 1 2 0 0 4 其它两个拟南芥转录因子的过表达实验表明 转录因子在调控g a 生物合成方面具 有十分重要的作用 d d f l d w a r fa n dd e l a y e df l o w e r i n g l m a g o m ee ta 1 2 0 0 4 和a g l l 5 a g a m o u s l i k e l 5 w a n ge ta 1 2 0 0 4 是属于a p e t a l a 2 a p 2 类的转录因子 它们的过量表达 均能产生g a 缺失的矮化表型 起初 人们认为 既 然d d f l 的过表达能够减少g a 的积累 那么 d d f l 可能直接或间接地抑制g a 生物 合成基因的表达 m a g o m ee ta 1 2 0 0 4 但是后来的研究表明 d d f l 能够结合到g a 山东农业大学博士学位论文 分解代谢基因g a 2 0 x 7 的启动子上 并促进它的表达 在d d f l 过表达株系中 由于 g a 2 0 x 7 的表达上调 抑制了内源g a 的生物合成 因此转基因植株表现出矮化的表型 m a g o m ee ta 1 2 0 0 8 染色质免疫共沉淀 c h i p 实验表明 a g l l 5 能够结合到 a t g a 2 0 x 6 的启动子上 这表明 a g l l 5 也有可能调控内源g a 的含量 w a n ge ta 1 2 0 0 4 然而 r s g d d f l 和a g l l 5 的生理功能需要进一步证实 因为这些基因对g a 代谢的 影响主要是通过异位表达研究的 后来在拟南芥中 又鉴定出两个g a 响应的正调控因子 s n e s n e e z y 和l u e l l u c i f e r a s es u p e r e x p r e s s o r l 它们能够影响茎的延伸 s n e 是拟南芥f b o x 蛋白s l y l 的同源蛋白 它能够挽救s l y l 突变体茎不能延伸的缺陷 这一作用可能是通 过促进d e l l a 蛋白的降解完成的 s t r a d e re ta 1 2 0 0 4 然而 由于s n e 主要在花中表 达 因此 它在花发育过程中所起的作用可能会更重要 l u e l l u c i f e r a s e s u p e r e x p r e s s o rj 基因编码一种可以影响微管动态平衡性的a t p 酶 可使微管切 断并解聚 b o u q u i ne ta 1 2 0 0 3 l u e l 的缺失可以影响微管的发育 株高降低 同时 可促进a t g a 2 0 0 x i 的表达 增强g a 的合成 这很有可能是g a 应答的一种反馈机制 b o u q u i ne ta 1 2 0 0 3 m e i e re ta 1 2 0 0 1 1 1 1 2g a 对下胚轴发育的影响及作用机制 对于在光下生长的植物来说 g a 能够促进下胚轴和茎的细胞延长 已有研究表明 在拟南芥中 乙烯 生长素 芸苔素能够和g a 一起共同促进细胞的延伸和下胚轴的延 长 s y m o n sa n dr e i d 2 0 0 3 s a i b oe ta 1 2 0 0 3 t a n a k ae ta 1 2 0 0 3 然而 这些激素之间 到底是怎样相互作用的 还尚不清楚 光能够影响幼苗的发育 光下生长的幼苗下胚轴更短 子叶更绿并且展开的更完全 黄化苗 黑暗下生长的 的子叶伸展并不完全 下胚轴很长并且顶端弯曲 s y m o n sa n d r e i d 2 0 0 3 黑暗条件下生长的拟南芥和豌豆苗 g a 含量的下降能够产生部分光形态 建成的表型 并且还能使受光诱导的基因表达上调 a l a b a d ie ta 1 2 0 0 4 功能丧失型 突变r g a 和g a i 能够挽救上述提到的g a 缺陷型表型 这说明 在黄化苗中 g a 对光 形态建成的抑制又被d e l l a 蛋白r g a 和g a i 所抑n a l a b a d ie ta 1 2 0 0 4 a c h a r de ta 1 2 0 0 0 3 有意思的是 乙烯和生长素响应途径可能在d e l l a 蛋白的上游就与g a 信号 途径相互作用 以促进顶端的弯曲 a c h a r de ta 1 2 0 0 3 v r i e z e ne ta 1 2 0 0 4 l u e l 是 9 拟南芥i c e i 通过调节赤霉素合成调控植物生长发育 g a 响应的下游元件 在乙烯的响应下 也能够促进顶端钩状物的形成 b o u q u i ne ta 1 2 0 0 3 在去黄化 d e e t i o l a t i o n 的过程中 红光能够诱导光形态建成并且部分通过g a 起作用 对一些物种的苗子进行红光处理 能够降低其对g a 的敏感性 在豌豆中 红 光还能抑制g a 的生物合成 s y m o n sa n dr e i d 2 0 0 3 蓝光在促进去黄化的过程中 也 能影h 向g a 的生物合成 s y m o n sa n dr e i d 2 0 0 3 f o l t a e ta 1 2 0 0 3 1 1 1 3g a 对根发育的影响及作用机制 拟南芥g a 缺失型突变体g a l 3 的根要比野生型短 而在敲除r g a 和g a i 基因后 长度则能够恢复 这说明 r g a 和g a i 能够抑制根的伸长 并且g a 通过降解d e l l a 蛋白来促进根的生长 g a 对根生长的影响 可能还受其它激素的调控 在拟南芥中发 现 生长素能够促进g a 诱导的r g a 蛋白的降解 因此说 生长素对g a 介导的根的 延伸是必需的 f ua n dh a r b e r d 2 0 0 3 与生长素相比 乙烯则起着相反的作用 它能够 抑制g a 诱导的r g a 蛋白的降解和g a 对根延长的促进 a c h a r de ta 1 2 0 0 3 并且这 种作用与其在下胚轴中所起的作用是不一样的 在下胚轴中 乙烯是和g a 共同起作用 的 1 1 1 4g a 对种子萌发的影响及作用机制 g a 对种子的萌发起着非常重要的作用 以萌发的谷物种子为材料 g a 的功能被 广泛研究 g a 能够促进d e l l a 蛋白s l n l 大麦 和s l r l 水稻 的降解 这种降 解能激活g a m y b 基因的表达 进而诱导0 淀粉酶和其它水解酶 蛋白酶的表达 促使 储存在胚乳中的营养物质发生转移 p e n ga n dh a r b e r d 2 0 0 2 l o v e g r o v ea n dh o o l e y 2 0 0 0 g u b l e re ta 1 2 0 0 2 i k e d ae ta 1 2 0 0 1 在d e l l a 蛋白的降解和g a m y b 的诱导之间 存 在有一个小时的滞后时间 这表明 g a m y b 可能并不是d e l l a 蛋白的直接作用底物 大量的研究表明 d o f 类转录因子在促进和抑制g a m y b 的功能方面均起作用 s u na n d g u b l e r 2 0 0 4 植物生长调节子a b a 对休眠有促进作用 d e l l a 蛋白对种子萌发有抑制作用 而 g a 则可以拮抗这两种作用 p e n ga n dh a r b e r d 2 0 0 2 y a m a g u c h ia n dk a m i y a 2 0 0 1 对 拟南芥种子进行表达谱分析 结果显示 g a 可能降低a b a 响应因子基因的表达 进 而促进萌发 o g a w ae ta 1 2 0 0 3 拟南芥d e l l a 蛋白r g l 2 对种子的萌发有非常严重 l o 山东农业大学博士学位论文 的抑制作用 并且在g a 的响应下能被快速降解 l e ee ta 1 2 0 0 2 t y l e re ta 1 2 0 0 4 在番茄上的研究发现 g a 在种子萌发方面还有其他作用 比如它能促进根穿透种 皮 并且诱导扩展蛋白和细胞壁修饰基因的表达 p e n ga n dh a r b e r d 2 0 0 2 对g a 处理 的拟南芥种子进行微阵列分析发现 多种促进细胞延伸的基因均被诱导 另外 与乙烯 和生长素相关的一些基因也被诱导 o g a w ae ta 1 2 0 0 3 这表明 g a 可能与其它激素 共同作用来促进根的延伸 1 1 1 5g a 对叶的起源和形态发生的影响及作用机制 k n o x k n o t t e d l 1 i k eh o m e o b o x 转录因子和g a 能够部分调控苗端分生组织 的维持和叶原基的形成 在拟南芥和烟草中的原位杂交和生化实验表明 k n o x 基因在 分生组织中表达 而且还抑制g a 合成基因g a 2 0 0 x 的表达 相反 g a 能够在这些物 种的叶原基处积累 以促进生长 h a ye ta 1 2 0 0 4 k n o x 基因和g a 的相互作用也能 影响叶的形状 具有开裂叶的番茄 k n o x 基因在其分生组织和叶原基中表达 g a 含 量降低 促进叶的开裂 h a ye ta 1 2 0 0 2 在拟南芥 烟草和番茄中 k n o x 的过表达 能够抑制g a 2 0 0 x 的表达 促进圆裂叶的形成 h a ye ta 1 2 0 0 2 s a k a m o t oe ta 1 2 0 0 1 在土豆中 k n o x 基因p o t h i p d 尉mh o m e o b o x 的过表达 不仅能够抑 制g a 2 0 0 x 的表达 导致产生小的卷曲叶 而且还能促进块茎的形成 r o s i ne ta 1 2 0 0 3 这个结果与g a 抑制土豆块茎形成是一致的 结果还表明同源异形盒 h o m e o b o x 基因 对g a 合成的调控并不仅限于叶 b e l 蛋白是另一类同源异形盒蛋白 近期的研究表明 b e l 蛋白也参与k n o x 对g a 合成的抑制 烟草原生质体瞬时表达实验表明 p o t h l 需要与b e l 蛋白s t b e l 5 相互作用才能结合到g a 2 0 0 x 的启动子上 r o s i ne ta 1 2 0 0 3 c h e ne ta 1 2 0 0 4 g a 是不是与其它激素一起共同来调控叶起始的呢 目前 已对细胞分裂素和生长 素做了初步地分析 结果表明 k n o x 和b e l 的过表达能够提高细胞分裂素的含量 c h e n e ta 1 2 0 0 3 而生长素只有在顶端合理的