FUSCA3通過介導(dǎo)生長素合成和極性運輸調(diào)控擬南芥根的再生.pdf

1、擬南芥的生長發(fā)育起始于合子胚。在合子胚的發(fā)生和發(fā)育過程中，F(xiàn)USCA3(FUS3)及與其同源性較高的基因LEAFY COTYLEDON1(LEC1)和LEAFY COTYLEDON2(LEC2)起重要作用，因此它們又被稱為胚胎特征基因。前人研究證實，過量表達LEC1和LEC2可以在沒有外源激素的情況下促進體細胞胚的再生，表明該類基因在植物器官再生過程中也有調(diào)控作用。前人研究還發(fā)現(xiàn)FUS3及LEC1、LEC2對植物激素存在調(diào)控作用。研究該

2、類基因與植物激素的相互作用對探討它們調(diào)控合子胚胎發(fā)生、器官形成及離體器官再生的機理都具有重要的理論意義。本研究以擬南芥根再生系統(tǒng)作為平臺，重點探討FUS3在根再生過程中對生長素的調(diào)控作用。我們首先構(gòu)建了誘導(dǎo)型過量表達(FUS3-ox)和反義表達(FUS3-anti)的載體，并得到相應(yīng)的擬南芥轉(zhuǎn)基因植株。然后利用轉(zhuǎn)基因植株的根為外植體進行離體器官的培養(yǎng)。研究結(jié)果顯示，改變FUS3的表達水平對根的再生頻率和再生速率都有明顯的影響；結(jié)果還證明

3、，在根再生過程中FUS3與生長素之間存在相互作用，生長素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、極性運輸和合成都受到FUS3的調(diào)控。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)FUS3表達水平的改變對擬南芥根的再生有重要影響。
　　 FUS3過量表達后根再生速率和頻率都有明顯的提高，同時WUSCHEL RELATED HOMEOBOX5(WOX5)、PLETHORA2(PLT2)和SCARECROW(SCR)等根端分生組織特征基因的表達量也有較為明顯的上升。而

4、對FUS3進行反義表達以抑制其表達水平后根的再生受到一定程度的抑制，同時根端分生組織特征基因的表達也被抑制。說明FUS3在根再生的過程中起到重要的調(diào)控作用。
　　 (2)根再生過程中FUS3影響生長素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、極性運輸及合成。
　　 用生長素響應(yīng)元件DR5連接報告基因GFP標(biāo)記愈傷組織內(nèi)生長素的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)過量表達和反義表達FUS3后生長素的響應(yīng)模式發(fā)生了變化。過量表達該基因后生長素的響應(yīng)信號增強，并且更早地在愈傷組織局

5、部區(qū)域積累。反義表達該基因后生長素的響應(yīng)信號減弱，出現(xiàn)區(qū)域性表達的時間推遲。QRT-PCR分析結(jié)果顯示，過表達植株中生長素合成YUCCA(YUC)基因YUC2和YUC4及極性運輸PIN-FORMED(PIN)基因PIN2、PIN4和PIN7的表達量跟空載體對照相比都有明顯上升；相反，反義表達.FUS3后這些基因的表達量都有一定程度的下調(diào)。利用pPIN2：PIN2-GFP標(biāo)記生長素極性運輸?shù)鞍椎亩ㄎ?，結(jié)果顯示在過量表達FUS3后，PIN2

6、蛋白極性定位的信號出現(xiàn)較早，并隨著根的發(fā)生信號明顯逐漸增強；而反義表達FUS3后，信號有所減弱，而且出現(xiàn)極性定位的時間推遲。
　　 (3)根再生過程中FUS3蛋白直接結(jié)合YUC4的序列來調(diào)控生長素的合成。
　　 為了研究FUS3調(diào)控生長素合成的機制，我們分析了YUC基因家族各個成員的基因序列，發(fā)現(xiàn)YUC4的內(nèi)含子序列上存在FUS3蛋白所識別的RY基序：CATGCA。染色質(zhì)免疫共沉淀(ChIP)結(jié)果顯示FUS3蛋白可以直接

7、結(jié)合到Y(jié)UC4的內(nèi)含子上來調(diào)控該基因的表達。而在yuc4突變體中過量表達FUS3，根的再生速率較野生型相比并沒有明顯變化，說明FUS3確實是通過直接調(diào)控生長素合成基因YUC4的表達來影響根的再生。
　　 (4)FUS3對擬南芥植株生長發(fā)育的調(diào)控。
　　 對誘導(dǎo)FUS3過量表達和反義表達的植株進行表型分析發(fā)現(xiàn)，過量表達FUS3后幼苗的莖端和根端的生長發(fā)育速度都有明顯的加快：在野生型擬南芥幼苗還未出現(xiàn)真葉的時候，過量表達FU