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OsJMJ714调控水稻根系发育与生长素含量的功能研究

作　者: 秦巧
导　师: 张海文
学　校: 中国农业科学院
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 水稻 JMJC蛋白组蛋白去甲基化生长素根系
分类号: Q946
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

组蛋白赖氨酸的甲基化是一个动态的、可逆的过程，组蛋白赖氨酸甲基转移酶和组蛋白去甲基化酶协同调节该过程的动态平衡。组蛋白去甲基化酶分成两大类，一类是以FAD为辅因子的特异性赖氨酸去甲基化酶1(Lysine Specific Demethylase1, LSD1)，另一类是以Fe2+和a-KG为辅因子的JMJC蛋白，含有JmjC功能结构域，在催化组蛋白去甲基化过程中起主导作用。水稻基因组中至少有20个编码JMJC蛋白的基因，JMJ714属于JmjC domain only亚家族，该亚家族只有JmjC一种结构域。实验室的前期研究工作证明，JMJ714蛋白含有保守的Fe2+和α-KG结合位点，能催化H3K9me1/2/3的去甲基化，并且影响侧根的发生，但该基因的基本特性、生理功能及其分子作用基础还有待进一步完善。我们首先通过荧光定量PCR、GUS染色和JMJ714-GFP融合表达的方法分析了JMJ714的诱导表达特性、组织表达模式及其蛋白的亚细胞定位。实验结果表明，JMJ714受干旱和20%PEG诱导表达；在盐、ABA、6-BA和NAA诱导条件下，JMJ714的表达水平下调。而且该基因在水稻不同发育阶段和组织器官中表现出不同程度的表达水平，尤其在生命活动旺盛的幼嫩组织部位表达水平较高；洋葱内表皮瞬时表达JMJ714-GFP融合蛋白证明JMJ714主要定位在细胞核中。为了进一步完善JMJ714的生理功能，我们观察了JMJ714在水稻不同发育阶段的生理效应，结果表明，JMJ714的生理调控功能表现出多效性，最显著的生理效应表现在调控根系形态建成方面，另外还影响株高、花期、叶形和种子萌发过程。JMJ714对根系发育的影响主要体现在侧根和冠根的长度及数量，胚根的的形态及向地性方面。JMJ714过表达材料表现出侧根和冠根变短并且数量减少的现象，同时胚根的向地性还受到了影响；JMJ714干扰材料则表现出侧根和冠根变长并且数量增多的相反趋势，胚根发生卷曲。另外，我们还发现过表达JMJ714会降低根系对a-NAA的敏感性，干扰JMJ714的表达会提高根系对a-NAA的敏感性。目前的研究表明，生长素在调控冠根和侧根的形成过程起主导作用，生长素水平过高往往导致胚根卷曲，胚根向地性的改变通常与生长素合成或代谢等方面的异常相关。因此，我们推测JMJ714可能影响水稻根系中生长素的含量，从而调控根系的发育。为了验证我们的推测，我们测量了JMJ714转基因材料中生长素的含量，并通过Q-PCR检测了生长素代谢相关基因的表达，结果表明，JMJ714正调控生长素代谢相关基因GH3的表达，并降低了根系中生长素的含量。过表达JMJ714使根系中生长素含量明显降低，干扰JMJ714的表达使根系中生长素含量明显升高。综上所述，我们证明了JMJ714通过正调控生长素代谢相关基因的表达，促进生长素的代谢作用，降低了水稻根系中生长素含量，从而影响水稻根系的形态建成。

全文目录

附件  2-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
英文缩略表  11-12
第一章绪论  12-23
  1.1 生长素  12-18
    1.1.1 植物中生长素的合成与代谢  12-14
    1.1.2 植物中生长素的运输与信号途径  14-16
    1.1.3 生长素在拟南芥和水稻根系发育中的生理功能  16-18
  1.2 JMJC 蛋白的功能  18-21
    1.2.1 JMJC 蛋白的分类与结构特征  18-19
    1.2.2 JMJC 蛋白的生化及生理功能  19-21
  1.3 研究目的与意义  21-23
第二章实验材料与实验方法  23-35
  2.1 实验材料  23-25
    2.1.1 水稻材料及其种植培养  23
    2.1.2 试剂  23
    2.1.3 菌株和质粒  23-24
    2.1.4 引物信息  24-25
  2.2 实验方法  25-35
    2.2.1 实验中所用培养基的配制  25
    2.2.2 CTAB 法提取植物基因组 DNA  25-26
    2.2.3 植物总 RNA 的提取  26-27
    2.2.4 cDNA 第一条链的合成  27
    2.2.5 基因克隆  27-30
    2.2.6 构建载体  30-31
    2.2.7 农杆菌电击感受态的制备及转化  31
    2.2.8 荧光定量 PCR (Q-PCR)反应体系及程序  31-32
    2.2.9 GUS 染色  32
    2.2.10 亚细胞定位  32-33
    2.2.11 JMJ714 诱导表达及组织表达特性分析  33-34
    2.2.12 JMJ714 转基因材料的根系表型分析  34
    2.2.13 生长素含量的测定  34-35
第三章实验结果与分析  35-47
  3.1 JMJ714 的特性分析  35-38
    3.1.1 JMJ714 的诱导表达特性  35-36
    3.1.2 JMJ714 的时空表达特性  36-37
    3.1.3 JMJ714 的亚细胞定位  37-38
    3.1.4 小结  38
  3.2 JMJ714 影响水稻发育的多效性  38-43
    3.2.1 JMJ714 过表达和 RNA 干扰材料的鉴定  38-39
    3.2.2 JMJ714 影响水稻种子萌发及地上部分的发育  39-40
    3.2.3 JMJ714 影响水稻根系的发育  40-43
    3.2.4 小结  43
  3.3 JMJ714 影响生长素的代谢  43-47
    3.3.1 JMJ714 过表达和 RNA 干扰材料对 a-NAA 的敏感性  43-44
    3.3.2 JMJ714 影响根系中生长素的含量  44-45
    3.3.3 JMJ714 影响生长素代谢相关基因的表达  45-46
    3.3.4 小结  46-47
第四章讨论  47-49
第五章全文结论  49-50
  5.1 结论  49
  5.2 创新点  49-50
参考文献  50-58
致谢  58-59
作者简历  59

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