擬南芥LBD基因家族在根從頭再生過程中的功能研究.pdf

1、為了對抗逆境，植物進(jìn)化出眾多防御機(jī)制，其中再生能力是其中重要的一環(huán)。植物的再生過程大致分為傷口組織修復(fù)，離體組織的器官再生和體細(xì)胞胚的發(fā)生。一個特定物種的再生能力往往決定了它的營養(yǎng)生殖能力，就是在不需要種子的情況下產(chǎn)生下一代。組織培養(yǎng)技術(shù)、扦插技術(shù)、嫁接技術(shù)等廣泛應(yīng)用于快速繁育瀕危植物，保存優(yōu)良性狀等。因此，再生的研究在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和植物保護(hù)產(chǎn)業(yè)中具有重大意義。雖然再生的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，但是植物再生的分子基礎(chǔ)并不清楚。為了研究植物的再生

2、機(jī)理，實(shí)驗室以擬南芥為模式植物，摸索出在B5培養(yǎng)基上使離體蓮座葉發(fā)根的體系。這一體系的優(yōu)勢在于排除了外源激素的干擾，通過對葉片發(fā)根過程的細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察、分子遺傳學(xué)檢測和生化水平的驗證，來闡明根從頭再生的分子機(jī)理。擬南芥離體葉片的根從頭再生過程中，原形成層細(xì)胞及其周圍的薄壁細(xì)胞作為植物體內(nèi)潛伏的干細(xì)胞需要經(jīng)過第一次命運(yùn)轉(zhuǎn)變成為WUSCHELRELATEDHOMEOBOX11(WOX11)基因所標(biāo)記的根母細(xì)胞，再經(jīng)過第二次命運(yùn)轉(zhuǎn)變成為根原基

3、細(xì)胞。本文的實(shí)驗依據(jù)來自于劉淑婧博士對愈傷組織發(fā)生過程的表達(dá)譜微陣列分析和前人有關(guān)LATERALORGANBOUNDARIESDOMAIN(LBD)基因家族在側(cè)根起始中作用的暗示。首先檢測了誘導(dǎo)發(fā)根過程中，LBD基因家族中參與側(cè)根發(fā)育過程并且具有較高同源性的LBD16/18/29/33四個家族成員的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)LBD16和LBD29的表達(dá)量在誘導(dǎo)前后產(chǎn)生了從無到有的劇烈變化。由于在35Spro:WOX11植株中LBD29基因異位表達(dá)明

4、顯，選取了LBD29作為主要研究對象。誘導(dǎo)不定根過程中發(fā)現(xiàn)LBD29過量表達(dá)的外植體的不定根數(shù)量增多甚至自發(fā)生成愈傷組織;構(gòu)建了pER8:LBD29-SRDX轉(zhuǎn)基因誘導(dǎo)表達(dá)植株，在誘導(dǎo)過程中發(fā)根能力明顯降低。以上表型與WOX11WOX12雙突變的相應(yīng)表型十分吻合。因此分別檢測了LBD29和WOX11過量表達(dá)植株中LBD29和WOX11的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)35Spro:LBD29轉(zhuǎn)基因植物中WOX11沒有表達(dá)，而35Spro:WOX11中LBD

5、29基因異位表達(dá)。另外通過雜交實(shí)驗發(fā)現(xiàn)35Spro:LBD29可以部分回復(fù)35Spro:WOX11-SRDX的表型。進(jìn)行凝膠電泳遷移率實(shí)驗，驗證了WOX11蛋白與LBD29啟動子在體外的相互作用。以上結(jié)果表明LBD29作為影響原形成層細(xì)胞第二步命運(yùn)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵基因，受到第一步命運(yùn)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵基因WOX11的直接調(diào)控。該研究第一次發(fā)現(xiàn)了根從頭再生過程中第二步命運(yùn)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子LBD29，并且從遺傳和生化水平上闡明了WOX11對LBD29的