利用擬南芥突變體鑒定木材形成的相關(guān)基因.pdf

1、基因組學(xué)技術(shù)研究植物發(fā)育某一過(guò)程往往獲得許多參與該過(guò)程的基因，如何采取快速、有效的方法來(lái)鑒定這些基因的功能是解析該生物學(xué)過(guò)程分子機(jī)制的基礎(chǔ)。擬南芥在人工誘導(dǎo)條件下由形成層活動(dòng)產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的木質(zhì)部，在一定程度上可以模擬樹(shù)木木材形成。本研究利用該系統(tǒng)分析相關(guān)候選基因的擬南芥突變體來(lái)研究其參與樹(shù)木次生維管系統(tǒng)發(fā)育的功能。 根據(jù)毛白楊維管系統(tǒng)再生過(guò)程中差異表達(dá)基因信息，從國(guó)際擬南芥突變體庫(kù)NASC、RIKEN、CSHL篩選了89個(gè)基因的

2、151個(gè)擬南芥突變系，利用次生誘導(dǎo)體系來(lái)研究相應(yīng)基因?qū)S管系統(tǒng)的影響。在誘導(dǎo)條件下，這些突變體表現(xiàn)出不同的形態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化，共有22個(gè)表型和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。20個(gè)突變系發(fā)芽率或存活率較低，發(fā)芽率由10％—60％，其中2個(gè)突變系存活率分別為0％和50％。5個(gè)突變系在莖或下胚軸的結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，其中一個(gè)突變系arris-stem(as)發(fā)生如下表型變化：從真葉出現(xiàn)至開(kāi)花結(jié)實(shí)的整個(gè)生長(zhǎng)期，生長(zhǎng)速度要明顯比野生型擬南芥緩慢；葉緣有明顯鋸齒，蓮座葉

3、呈螺旋狀排列；莖的基部有較多側(cè)枝，側(cè)枝間距明顯縮短，莖有明顯扭曲；突變體莖側(cè)面有1至數(shù)條棱形突起，內(nèi)部存在一至數(shù)個(gè)排列緊密的細(xì)胞團(tuán)，由多層細(xì)胞呈環(huán)形排列，細(xì)胞壁明顯加厚，內(nèi)部存在管狀分子，推測(cè)為維管組織。 根據(jù)突變體庫(kù)提供的資料，as突變體T-DNA插入位點(diǎn)位于基因組中At2g44110基因。我們從基因補(bǔ)償、基因表達(dá)分析及基因超量表達(dá)等方面分析該基因功能。通過(guò)PCR由擬南芥中分離該基因和啟動(dòng)子，構(gòu)建基因補(bǔ)償表達(dá)載體、基因表達(dá)模式

4、分析表達(dá)載體和基因超量表達(dá)載體并導(dǎo)入as突變體或野生型擬南芥。研究結(jié)果表明，通過(guò)基因補(bǔ)償，突變植株表型基本恢復(fù)；基因表達(dá)分析研究表明，該基因在花和幼葉中沿維管束表達(dá)，在幼嫩的根莖中呈束狀表達(dá)，在幼嫩組織中表達(dá)量高，在成熟葉片和成熟莖中不表達(dá)。超量表達(dá)試驗(yàn)也獲得了轉(zhuǎn)化植株，尚未進(jìn)行表型鑒定。 根據(jù)基因補(bǔ)償研究結(jié)果，證明At2g44110為造成突變體表型變化的決定基因，很可能參與調(diào)控維管組織的發(fā)育式樣。表達(dá)分析研究表明，該基因在莖的

5、初生生長(zhǎng)初期就已經(jīng)表達(dá)。由上述研究結(jié)果，綜合推斷At2g44110基因在莖的初生生長(zhǎng)初期就已經(jīng)參與了維管組織的發(fā)育，調(diào)控維管組織的發(fā)育式樣，而在經(jīng)充分次生誘導(dǎo)后，該基因的突變能充分表現(xiàn)出來(lái)而造成as突變體的表型變化。 As基因在擬南芥維管系統(tǒng)發(fā)育中具有重要的作用，其同源基因在毛白楊維管系統(tǒng)再生過(guò)程中也呈差異表達(dá)，說(shuō)明擬南芥和木本植物可能具有一定相似的維管系統(tǒng)發(fā)育調(diào)控模式。同時(shí)本研究作為一個(gè)范例，為應(yīng)用擬南芥次生誘導(dǎo)研究體系來(lái)研究