毛白楊生長素信號轉導因子基因的分離與功能的初步分析.pdf

1、生長素是發(fā)現(xiàn)最早、最經典的植物激素之一,參與調控植物的許多生長發(fā)育過程。研究生長素信號轉導有利于解釋生命現(xiàn)象和揭示生命機理。 楊屬(Populus)是木本植物生物學研究的模式植物,組織培養(yǎng)技術成熟,具有基因組小(約500 Mbp)等特點,也是我國的優(yōu)良樹種。2004年毛果楊(P.trichocarpa)基因組測序已經完成。 文章以毛白楊為研究對象,研究生長素信號轉導因子基因在毛白楊發(fā)育過程中的作用,克隆出3個相關基因,分

2、別命名為PtPIN1、PtIAA1和PtTIR1。同源性分析顯示PtPIN1與苜蓿MtPIN1和擬南芥的AtPIN7的同源性分別高達82％和79％；PtIAA1與擬南芥Aux/IAA家族的AtIAA16的同源性最高(70％);PtTIR1與其他植物TIR類蛋白同源性也較高,最高的為葡萄(80％)。系統(tǒng)進化樹分析顯示PtPIN1屬于生長素輸出載體PIN類家族,PtIAA1屬于生長素快速響應因子Aux/IAA家族的α亞族,PtTIR1屬于F

3、-box家族C4亞族的α組,編碼生長素受體。 為了解PtPIN1、PtIAA1和PtTIR1基因的功能,構建了它們的表達載體,并進行了PtTIR1的毛白楊和擬南芥的遺傳轉化。利用本實驗室已構建的毛白楊生長素輸入載體基因的PtAUX1表達載體,進行了擬南芥的遺傳轉化。RT-PCR檢測PtAUX1和PtTIR1的轉基因植株,分析轉化植株表型和離體條件下的形態(tài)發(fā)生。 超表達35::PtAUX1轉擬南芥植株出現(xiàn)了匍匐生長,背向性

4、實驗中莖不發(fā)生90°向上彎曲。PtAUX1調節(jié)根的向地性,促進根的伸長和側根的發(fā)生,對生長素IAA十分敏感。PtAUX1影響各器官的發(fā)育過程,普遍出現(xiàn)透明和增生,使表皮毛數(shù)目增多、較多的二叉分支,葉片卷曲、呈殼斗狀：花器官畸形,如花萼邊緣透明、卷曲、長有葉狀結構、多處增生,花瓣透明、不張開、形狀狹長或極短,改變了四強雄蕊的特性等,甚至有的雄蕊無花絲,花藥粘狀、散落困難。PtAUX1轉擬南芥出現(xiàn)了各種形狀的果實。上述結果表明PtAUX1基

5、因通過生長素極性運輸,促進各組織、細胞對內源生長素IAA的吸收,進而參與頂端分生組織的形成,影響植株形態(tài),以及表皮毛、根、莖、葉、花和果實各器官的形態(tài)和發(fā)育過程。 35S::PtTIR1轉毛白楊和擬南芥的表型結果顯示,PtTIR1促進植株的生長,調節(jié)植株的向光性,不改變根的向地性但促進根的伸長和側根的發(fā)生,影響葉片的發(fā)育。轉化毛白楊過程出現(xiàn)顯著區(qū)別于野生型的芽體,如初為玉白色的花瓣狀芽體后局部出現(xiàn)紅褐色,有的芽體為透明的棒狀結構,甚至無

6、菌苗在生根培養(yǎng)基上出現(xiàn)根上長芽的情況。這些表型與PtAUX1轉擬南芥的表型有許多相似處,也符合生長素的作用特點,結果說明PtTIR1通過調控生長素在植物體內的極性分布影響頂端分生組織的形成,促進植株的生長,調控向性反應,調節(jié)根和葉片的發(fā)育,可能參與了花器官的發(fā)育。 這些結果初步揭示了PtAUX1和PtTIR1基因的功能,證實了生長素極性運輸在植物生長發(fā)育過程中的重要作用。我們認為PtAUX1促進生長素快速響應因子PtIAA1與生