擬南芥響應(yīng)低氮和低鈣分子機(jī)理研究

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1、學(xué)校代碼：10126分類(lèi)號(hào)——UDC學(xué)號(hào)：21108019密級(jí)——編號(hào)——論文題目研究生：指導(dǎo)教師：專業(yè)：研究方向：所在學(xué)院：年月日原創(chuàng)性聲明～～本人聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除本文已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得內(nèi)苤直太堂及其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：曼街指導(dǎo)教師簽名：獅勻日期：型!壘．』．絲在學(xué)

2、期間研究成果使用承諾書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：內(nèi)蒙古大學(xué)有權(quán)將學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容或部分保留并向國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)、部門(mén)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和磁盤(pán)，允許編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，也可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。為保護(hù)學(xué)院和導(dǎo)師的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，作者在學(xué)期間取得的研究成果屬于內(nèi)蒙古大學(xué)。作者今后使用涉及在學(xué)期間主要研究?jī)?nèi)容或研究成果，須征得內(nèi)蒙古大學(xué)就讀期間導(dǎo)師的同意；若用于發(fā)表論文，版權(quán)單位必須署名為內(nèi)蒙古大學(xué)方可投稿或公開(kāi)發(fā)表。學(xué)位論文作者簽名：疊墨良Ft期

3、：地坐圭：絲指導(dǎo)教師簽名：塑：臣墨星Ft期：迎』生：土：蘭蘭內(nèi)蒙古大學(xué)博士學(xué)位論文擬南芥響應(yīng)低氮和低鈣分子機(jī)理研究摘要本實(shí)驗(yàn)室以模式植物擬南芥為材料，研究植物對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分貧瘠響應(yīng)和適應(yīng)的分子機(jī)制。本論文由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的課題組成：一方面通過(guò)突變體篩選比較深入的研究了RHD3基因在低氮誘導(dǎo)花青素過(guò)量積累過(guò)程中的分子功能；另一方面結(jié)合對(duì)活體細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞質(zhì)Ca濃度的動(dòng)態(tài)檢測(cè)和基因表達(dá)譜芯片技術(shù)，對(duì)植物感應(yīng)低Ca環(huán)境的細(xì)胞和分子生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行了初探。(1)本研究篩選到一株在低氮條件下過(guò)量積累花青素的、隱性單基因突變

4、體，表現(xiàn)主根短，根毛短而彎曲和植株矮小的表型。結(jié)合圖位克隆與以二代測(cè)序技術(shù)為基礎(chǔ)的DNA多態(tài)性分析，確定突變基因?yàn)镽OOTHAIRDEFECTIVE3㈣3／)，突變位點(diǎn)為第16個(gè)內(nèi)含子的最后一個(gè)堿基，導(dǎo)致RNA剪接錯(cuò)誤，命名為砌仍一J『D，其所有表型同已知的砌以．J以及砌以一10／rhd3一J『雜交F1代植物完全一致，證明我們觀察到的表型確實(shí)為RHD3基因突變?cè)斐伞HD3定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，基因啟動(dòng)子活性集中在葉子和根尖。在砌辦一J『D突變體體內(nèi)引入花青素合成關(guān)鍵基因TT4的突變，完全阻斷在低氮條件下砌奶

5、一JD過(guò)量積累花青素的表型。在低氮條件下，砌如．JD相對(duì)于野生型植物(C01)，體內(nèi)花青素合成相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，花青素含量過(guò)量積累。證明在Col植物體內(nèi)，RHD3是低氮誘導(dǎo)花青素積累的負(fù)調(diào)控因子。乙烯是高光強(qiáng)誘導(dǎo)花青素積累的負(fù)調(diào)控因子。我們假設(shè)RHD3通過(guò)介導(dǎo)乙烯途徑間接負(fù)調(diào)控花青素積累。該假設(shè)得到如下四個(gè)結(jié)果的支T擬南芥響應(yīng)低氮和低鈣分子機(jī)理研究持：(a)RHD3基因突變部分阻斷低氮對(duì)乙烯反應(yīng)基因表達(dá)的誘導(dǎo)；(b)在低氮條件下，乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)阻斷突變體，etrl、ein2、ein3／eill表現(xiàn)出過(guò)量

6、積累花青素的表型；而乙烯過(guò)量產(chǎn)生突變體etol則表現(xiàn)出花青素積累顯著降低的表型。這證明，乙烯是低氮誘導(dǎo)花青素積累的負(fù)調(diào)控因子；(c)對(duì)于Col，乙烯合成前體ACC強(qiáng)烈抑制低氮誘導(dǎo)的花青素積累；對(duì)于乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)阻斷突變體和砌奶一10，ACC的這種抑制作用顯著降低；(d)在乙烯過(guò)量產(chǎn)生突變體etol體內(nèi)進(jìn)一步突變RHD3基因可以顯著提高突變體花青素的積累。盡管RHD3和ETRl，EIN2和CTRl都位于或同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)關(guān)聯(lián)，但是通過(guò)酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)RHD3的N和C端同ETRl，EIN2和CTRl相互作用。

7、RHD3調(diào)節(jié)乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。(2)生態(tài)學(xué)證據(jù)表明，酸雨導(dǎo)致全球范圍土壤中Ca含量降低。植物應(yīng)對(duì)低Ca的分子和細(xì)胞學(xué)機(jī)制未知。本研究發(fā)現(xiàn)低Ca環(huán)境誘導(dǎo)大量基因表達(dá)發(fā)生顯著變化，其中很多基因是以前證明參與植物響應(yīng)其他逆境信號(hào)的基因。一類(lèi)編碼細(xì)胞質(zhì)Ca2+([Ca2+]。”)感知蛋白的基因顯著上調(diào)，我們假設(shè)[Ca2+]。yt參與植物細(xì)胞感應(yīng)外界低Ca環(huán)境。研究證實(shí)，降低細(xì)胞外Ca2+濃度([Ca2+]。x。)確實(shí)會(huì)激發(fā)[Ca2+]cyt瞬時(shí)升高，而且[Ca2+】cyt升高的峰值與[C

8、a2+】銥。降低的程度呈正相關(guān)。通過(guò)提高細(xì)胞外K+濃度使細(xì)胞質(zhì)膜電勢(shì)相對(duì)去極化，顯著抑制[Ca2+】ext降低51寸[Ca2+】。譏的誘導(dǎo)作用，說(shuō)明Ca2+可能通過(guò)受膜電勢(shì)調(diào)節(jié)的Ca通道進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。Gd3+，一個(gè)Ca2+通道抑制劑確實(shí)強(qiáng)烈抑制這個(gè)反應(yīng)。動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜存在對(duì)細(xì)胞外低Ca感知的受體蛋白。受體調(diào)節(jié)的信號(hào)事件經(jīng)常表現(xiàn)脫敏現(xiàn)象：細(xì)胞在對(duì)第一次信號(hào)刺激作出反應(yīng)以后，需要一段時(shí)間的恢復(fù)才能對(duì)連續(xù)的第二次同樣信號(hào)刺激作出反應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞對(duì)低Ca的反內(nèi)