果膠甲基酯酶在油菜素內(nèi)酯調(diào)節(jié)擬南芥生長(zhǎng)發(fā)育中的作用.pdf

1、果膠是植物細(xì)胞壁的主要成分之一，其結(jié)構(gòu)和功能與酯化程度密切相關(guān)。PME使果膠去甲酯化形成果膠酸和甲醇，果膠甲基酯酶抑制蛋白（PMEI）抑制PME活性。研究發(fā)現(xiàn)BR信號(hào)能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞壁果膠甲酯化狀態(tài)，而果膠甲酯化狀態(tài)亦能反饋調(diào)節(jié)BR信號(hào)傳遞。雖然已有大量研究表明BR在植物生長(zhǎng)發(fā)育中具有重要作用，然而細(xì)胞壁果膠及其甲酯化變化在BR作用下對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育的影響及其機(jī)理尚不明確。本論文以擬南芥為材料，通過(guò)分子生物學(xué)與遺傳學(xué)的方法，研究了PME41和PM

2、EI7在BR調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)和發(fā)育中的作用及其相互關(guān)系。
　　本論文主要得到以下研究結(jié)果：
　　1.構(gòu)建了35S::PME41植物表達(dá)載體，并將其轉(zhuǎn)入擬南芥Col-0野生型獲得了PME41基因過(guò)表達(dá)（oxPME41）轉(zhuǎn)基因植株，通過(guò)人工雜交的方法，獲得了BR合成突變體det2與oxPME41的雜交植株oxPME41/det2以及det2與pme41突變體的雜交植株pme41/det2,分析了不同基因型植物中的PME活性。結(jié)果顯示

3、，與非轉(zhuǎn)基因植株相比，oxPME41和oxPME41/det2的PME活性升高，表明PME41在植物中具有果膠甲基酯酶活性。然而，與野生型相比，pme41突變、det2突變體以及pme41/det2中的PME活性均沒(méi)有顯著變化，表明PME41對(duì)組織整體的PME活性沒(méi)有顯著貢獻(xiàn)。
　　2.構(gòu)建了PME41-pro::GUS的植物表達(dá)載體，并將其轉(zhuǎn)入擬南芥Col-0野生型獲得了PME41-pro::GUS轉(zhuǎn)基因植株，分析了PME41的

4、組織表達(dá)特異性。結(jié)果顯示，12天幼苗中，GUS在子葉、真葉、根的成熟去和伸長(zhǎng)區(qū)中表達(dá)量較高，而在下胚軸、葉柄、根尖的根冠和分生區(qū)中表達(dá)量極低。萼片、花柱中均能檢測(cè)到GUS的表達(dá)，而在花瓣、花藥以及柱頭上幾乎沒(méi)有表達(dá)。隨著花發(fā)育時(shí)期的變化，第13、14期花絲里的表達(dá)增強(qiáng)。這些結(jié)果表明PME41在植物的不同組織中表達(dá)量有較大差異，可能在花絲發(fā)育中具有重要的作用。
　　3.構(gòu)建了35S::PMEI7植物表達(dá)載體，并將其轉(zhuǎn)入擬南芥Col-

5、0野生型獲得了PMEI7基因過(guò)表達(dá)（oxPMEI7）轉(zhuǎn)基因植株，通過(guò)人工雜交的方法，獲得了BR合成突變體det2與oxPMEI7的雜交植株oxPMEI7/det2,分析了轉(zhuǎn)基因?qū)ME活性的影響。結(jié)果顯示，oxPMEI7中的PME活性降低，oxPMEI7/det2中的PME活性變化不大。結(jié)果說(shuō)明PMEI7具有果膠甲基酯酶抑制蛋白活性，但其抑制作用可能與BR相關(guān)。
　　4.分析了PME41、PMEI7和BR合成突變對(duì)擬南芥根的生長(zhǎng)的

6、影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與Col-0野生型相比，det2顯著抑制根的生長(zhǎng)，具有極短的根，而pme41突變體、PME41或PMEI7過(guò)表達(dá)植株的根長(zhǎng)均與野生型相近。有意思的是，pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/det2的根長(zhǎng)均顯著大于det2，部分修復(fù)了det2突變體的生長(zhǎng)缺陷表型。對(duì)PME41/PMEI7修復(fù)det2根生長(zhǎng)的機(jī)理進(jìn)行了初步分析，發(fā)現(xiàn)pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/de

7、t2的根尖伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞明顯地比det2長(zhǎng)，進(jìn)而影響根的伸長(zhǎng)，這可能是引起它們根長(zhǎng)變化的主要原因之一。
　　5.分析了PME41、PMEI7和BR合成突變對(duì)擬南芥不同發(fā)育時(shí)期的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與det2相比，pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/det2表現(xiàn)出蓮座葉變大，花序分枝數(shù)增加，果莢變小，種子體積增大，數(shù)量減少等表型。對(duì)PME41/PMEI7降低det2育性的機(jī)理進(jìn)行了初步探討，發(fā)現(xiàn)pme41、oxP

8、ME41或oxPMEI7不影響det2的花粉?；钚院突ǚ酃荛L(zhǎng)度，而花絲長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/det2的花絲較短，這可能是引起擬南芥長(zhǎng)角果大小變化的主要原因。
　　6.qPCR的分析結(jié)果表明，BR合成相關(guān)基因DET2，CPD和DWF4的表達(dá)在pme41，oxPME41以及oxPMEI7植株中有不同程度的下調(diào)作用；反過(guò)來(lái)，在BR的不同突變體det2，dwf4和bri1-116中，

9、一些PME和PMEI基因有不同程度的上調(diào)作用，可見(jiàn)果膠甲酯化修飾基因的變化與BR合成基因之間存在密切的關(guān)系。此外，相比于在det2中的表達(dá),生長(zhǎng)相關(guān)基因PRE1及SAUR-AC1在pme41/det2、oxPME41/det2和oxPMEI7/det2中的表達(dá)均有不同程度的下調(diào)，并且保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。以上結(jié)果表明內(nèi)源BR水平的變化與PME和PMEI之間存在復(fù)雜的關(guān)系。
　　本論文通過(guò)分析PME41和PMEI7基因在擬南芥中的作用