FUSCA3通過(guò)介導(dǎo)生長(zhǎng)素合成和極性運(yùn)輸調(diào)控?cái)M南芥根的再生.pdf

1、擬南芥的生長(zhǎng)發(fā)育起始于合子胚。在合子胚的發(fā)生和發(fā)育過(guò)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(shí)，過(guò)量表達(dá)LEC1和LEC2可以在沒(méi)有外源激素的情況下促進(jìn)體細(xì)胞胚的再生，表明該類基因在植物器官再生過(guò)程中也有調(diào)控作用。前人研究還發(fā)現(xiàn)FUS3及LEC1、LEC2對(duì)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(duì)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(jī)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(tái)，重點(diǎn)探討FUS3在根再生過(guò)程中對(duì)生長(zhǎng)素的調(diào)控作用。我們首先構(gòu)建了誘導(dǎo)型過(guò)量表達(dá)(FUS3-ox)和反義表達(dá)(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(jìn)行離體器官的培養(yǎng)。研究結(jié)果顯示，改變FUS3的表達(dá)水平對(duì)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(guò)程中FUS3與生長(zhǎng)素之間存在相互作用，生長(zhǎng)素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、極性運(yùn)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(dá)水平的改變對(duì)擬南芥根的再生有重要影響。
　　 FUS3過(guò)量表達(dá)后根再生速率和頻率都有明顯的提高，同時(shí)WUSCHEL RELATED HOMEOBOX5(WOX5)、PLETHORA2(PLT2)和SCARECROW(SCR)等根端分生組織特征基因的表達(dá)量也有較為明顯的上升。而

4、對(duì)FUS3進(jìn)行反義表達(dá)以抑制其表達(dá)水平后根的再生受到一定程度的抑制，同時(shí)根端分生組織特征基因的表達(dá)也被抑制。說(shuō)明FUS3在根再生的過(guò)程中起到重要的調(diào)控作用。
　　 (2)根再生過(guò)程中FUS3影響生長(zhǎng)素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、極性運(yùn)輸及合成。
　　 用生長(zhǎng)素響應(yīng)元件DR5連接報(bào)告基因GFP標(biāo)記愈傷組織內(nèi)生長(zhǎng)素的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)過(guò)量表達(dá)和反義表達(dá)FUS3后生長(zhǎng)素的響應(yīng)模式發(fā)生了變化。過(guò)量表達(dá)該基因后生長(zhǎng)素的響應(yīng)信號(hào)增強(qiáng)，并且更早地在愈傷組織局

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

6、蛋白極性定位的信號(hào)出現(xiàn)較早，并隨著根的發(fā)生信號(hào)明顯逐漸增強(qiáng)；而反義表達(dá)FUS3后，信號(hào)有所減弱，而且出現(xiàn)極性定位的時(shí)間推遲。
　　 (3)根再生過(guò)程中FUS3蛋白直接結(jié)合YUC4的序列來(lái)調(diào)控生長(zhǎng)素的合成。
　　 為了研究FUS3調(diào)控生長(zhǎng)素合成的機(jī)制，我們分析了YUC基因家族各個(gè)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(shí)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(lái)調(diào)控該基因的表達(dá)。而在yuc4突變體中過(guò)量表達(dá)FUS3，根的再生速率較野生型相比并沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明FUS3確實(shí)是通過(guò)直接調(diào)控生長(zhǎng)素合成基因YUC4的表達(dá)來(lái)影響根的再生。
　　 (4)FUS3對(duì)擬南芥植株生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控。
　　 對(duì)誘導(dǎo)FUS3過(guò)量表達(dá)和反義表達(dá)的植株進(jìn)行表型分析發(fā)現(xiàn)，過(guò)量表達(dá)FUS3后幼苗的莖端和根端的生長(zhǎng)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(shí)候，過(guò)量表達(dá)FU