杨树PtPIF和PtPIN1s基因功能的初步分析

摘要

光敏色素相互作用因子(Phytochrome Interacting Factor,PIF)是碱性螺旋-环-螺旋(basic Helix-Loop-Helix，bHLH)转录因子家族的一员，参与了植物光信号传导。拟南芥基因组共编码7个PIFs，在种子萌发、下胚轴伸长、植物蔽荫反应和叶片衰老等过程具有重要功能，通过调控生长素的合成与分布是其影响植物生长发育的重要途径。木本植物具有不同于草本植物的生长发育过程，因此对光信号的应答也存在差异。研究杨树中PIF基因功能有助于揭示树木光信号响应机制。本研究分析了杨树PtPIF基因家族成员的系统进化关系、基因结构、保守结构域及不同组织和不同胁迫条件下的表达模式。生长素运输载体PIN是植物特有的，细胞膜极性定位的PIN蛋白可能受到PIF调控生长素的运输改变生长素浓度梯度，从而影响植物生长发育。毛果杨共有15个PtPIN基因，相对于拟南芥发生了显著扩张。为了探究PtPIN1s在表达及功能上的差异，通过GUS染色分析了PtPIN1s的组织表达差异，并分析了PtPIN1s在不同组织和不同胁迫条件下的表达模式。研究结果如下: 1.筛选得到10个PtPIF基因家族成员，是拟南芥7个PIF基因家族成员的1.43倍;系统进化分析发现了4个同源基因对(PtPIF3a/PtPIF3b、PtPIF4/5a/PtPIF4/5b、PtPIF8a/PtPIF8b和PtPIF9a/PtPIF9b);PtPIFs的基因结构和蛋白结构域相对保守;且预测PtPIFs基因启动子区包含激素等胁迫响应元件。表明PtPIF能够响应环境因子的变化，比如光。 2.PtPIFs基因具有组织表达特异性并能响应多种非生物胁迫。PtPIF1、PtPIF8a和PtPIF8b主要在成熟叶中表达，PtPIF3a和PtPIF9b主要在幼叶中表达;低温处理下，PtPIF1、PtPIF4/5a、PtPIF8b和PtPIF9b的表达量下调，PtPIF10上调;干旱处理下，PtPIF3b和PtPIF4/5b的表达量下调，PtPIF8a上调;盐处理下，PtPIF4/5a的表达量下调，PtPIF3b和PtPIF9a上调。表明PtPIFs能够响应不同的环境胁迫。 3.为了验证PtPIFs能够与G-box结合，选取PtPIF3a构建至pGADT7-Rec2载体上，将G-box序列与突变了的G-box序列以三次重复方式串联并克隆至pHIS2载体上。酵母单杂交实验结果表明，PtPIF3a能够与G-box结合，而不能与突变了的G-box结合。PtPIF3a的结合能力表明PtPIFs有可能通过G-box调控PIN。 4.根据系统进化分析的结果将PtPIN1s分为两类，一类是PtPIN1a和PtPIN1b，另一类是PtPIN1c和PtPIN1d。GUS染色结果发现，PtPIN1a和PtPIN1b在不定根根尖处的表达强于PtPIN1c和PtPIN1d，这种表达差异产生于不定根形成的愈伤组织阶段，且不受外源生长素影响。在低温、干旱及盐胁迫下，PtPIN1a/PtPIN1b和PtPIN1c/PtPIN1d的表达有不同也有相似之处。低温处理下，PtPIN1b的表达量下调，PtPIN1c上调;干旱处理下PtPIN1b和PtPIN1c的表达量上调，PtPIN1d下调;盐处理下，PtPIN1d的表达量下调。PtPIN1s在响应胁迫上的不同，表明木本植物PIN蛋白在进化和功能上的多样化。 本研究预测了杨树PtPIF基因家族成员，并对各成员的基因结构、保守结构域进行了系统分析;检测了PtPIF成员在不同组织及低温、干旱和NaCl胁迫下的表达模式。同时，证明了PtPIN1s在不定根形成及不同非生物胁迫下的不同表达模式。PtPIF3a与G-box的结合能力表明PtPIFs有可能与PIN发生相互作用。研究结果为深入探究杨树PtPIF和PtPIN1s在不同环境下调控植物生长发育的作用机制奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2国内外研究现状及评述

1．3研究目标和主要的研究内容

1．3．1关键的科学问题与研究目标

1．3．2主要研究内容

第二章杨树PtPIF基因家族成员的表达模式分析

2．1材料与方法

2．1．1实验材料

2．1．2实验方法

2．2结果与分析

2．2．1杨树PtPIF基因的鉴定和进化分析

2．2．2杨树PtPIF基因结构和保守域分析

2．2．3杨树PtPIF基因旁系同源基因对的复制

2．2．4杨树PtPIF基因启动子元件分析

2．2．5杨树PtPIF基因在不同组织和不同胁迫下的表达

2．3小结

第三章PtPIF结合G-box

3．1材料与方法

3．1．1实验材料

3．1．2实验方法

3．2结果与分析

3．2．1酵母重组载体和报告载体的获得

3．2．2杨树PtPIF3a能够识别G-box

3．3小结

第四章杨树PtPIN1s的表达模式分析

4．1材料与方法

4．1．1实验材料

4．1．2实验方法

4．2结果与分析

4．2．2杨树PtPIN1s基因的表达模式分析

4．2．3 PtPIN1s在不定根形成过程中的动态变化

4．3小结

第五章讨论

5．1杨树PtPIF基因家族成员的鉴定

5．2杨树PtPIF基因家族成员的表达模式

5．3 PtPIF3a能够与G-box相结合调控靶基因表达

5．4 PtPIN1s具有不同的表达模式

5．5 PtPIN1s参与了不定芽、不定根诱导的不同过程

参考文献

在读期间的学术研究

致谢