生长素受体SlTIR1/AFBs家族基因在番茄生长与发育中的调控机制研究

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生长素作为一种重要的植物激素,参与植物生长和发育诸多过程以及调控许多生理反应。生长素通过介导其受体 TIR1/AFB与转录抑制子 Aux/IAA蛋白直接相互作用,促使 Aux/IAA蛋白降解,将下游的转录因子 ARF去抑制化,从而激活生长素信号通路,使得植物最终表现出生理反应。植物对生长素的响应是一个极其复杂的过程,存在着严密的调控机制。因此,研究生长素的作用机制对深入认识植物生长发育的生理过程有着重要的意义。  番茄是一种重要经济作物,也是研究一些重要性状,如:复叶、聚伞花序以及果实发育、成熟的模式植物。TIR1/AFB蛋白作为生长素受体,处于生长素信号通路中关键位置,研究生长素受体基因功能至关重要。但是生长素受体及信号转导对番茄复叶及花器官发育、果实形成的调控机制仍缺乏了解。  本论文以番茄为研究材料,通过生物信息学、遗传转化、组织切片法、生理生化、分子生物学等方法分析了 SlTIR1/AFBs基因家族成员的结构、表达、蛋白互作特性及其功能,以期揭示生长素受体 SlTIR1/AFBs同源基因家族成员对番茄生长、发育调控功能的差异性以及在生长素信号中调控方式,同时阐明 SlmiR393在转录后介导生长素受体基因调控影响番茄发育的作用机制。这些研究结果为深入阐明生长素信号对番茄生长与发育的分子调控机理具有重要意义,也为生产实践提供理论依据。本文主要研究结果如下:  ①通过同源序列比对分析发现,番茄基因组中含有4个 SlTIR1/AFBs生长素受体基因家族成员。基因组结构分析发现,SlTIR1/AFBs基因家族都由2个内含子、2-4个外显子、高度保守的 F-BOX结构域和多个亮氨酸富集重复(LRR)结构域组成。系统进化树分析发现,番茄 SlTIR1/AFBs基因家族成员分别归属为 TIR1、AFB4及AFB6三个亚家族。  ②通过定量PCR技术检测,发现SlTIR1A、SlTIR1B、SlAFB4与SlAFB6基因在番茄生长与发育阶段中具有不同的表达模式。同时,proSlTIR1/AFBs-GUS融合表达转基因株系的 GUS组织化学染色观察发现,SlTIR1A主要在花器官中的萼片、花药、子房以及早期果实中的胎座部位表达;SlTIR1B主要在叶柄、叶脉,子房中胚珠以及早期发育果实的胎座、果皮上表达;SlAFB4主要在侧根、花器官中萼片、柱头、果皮、果肉上表达;SlAFB6主要在叶柄、萼片、花药、果皮部位表达。这说明 SlTIR1/AFBs家族基因的表达模式既有组织特异性,也有相似性。此外,采用 qPCR定量技术和 proSlTIR1/AFBs-GUS融合表达转基因株系 GUS组织化学染色分析发现,外源生长素(IAA)明显抑制 SlTIR1/AFBs基因表达,说明SlTIR1/AFBs转录本受到外源生长素负调控作用。  ③亚细胞定位显示 Sl-TIR1A、Sl-TIR1B、Sl-AFB4及 Sl-AFB6受体蛋白均位于细胞核中。通过酵母双杂交法(Y2H)和双分子荧光互补技术(BiFC)对番茄 Sl-TIR1/AFBs生长素受体蛋白的功能进行鉴定。结果表明:Sl-TIR1/AFBs与 ASK1蛋白进行互作形成TIR1/AFB-ASK1蛋白复合体;Sl-TIR1/AFBs受体蛋白能与At-IAA7蛋白以依赖于生长素的方式相互作用。同时,对 Sl-TIR1/AFBs蛋白功能结构域分析发现,F-BOX结构域是Sl-TIR1/AFBs-ASK1蛋白复合体形成必需的。F-BOX与多个亮氨酸富集重复(LRR)结构域影响Sl-TIR1/AFBs与Aux/IAA蛋白结合的稳定性。因此,推测番茄 SlTIR1/AFBs生长素受体同源基因表现出受体蛋白相似的功能与特征。  ④通过超量表达或 RNAi抑制表达方式对番茄 SlTIR1/AFBs基因家族成员进行调控表达。结果表明:在超量表达和RNAi抑制表达转基因植株中SlTIR1/AFBs基因的表达水平都有不同程度的上调或下调。对转基因番茄幼苗进行生长素反应分析发现,SlTIR1A/B比其他两个家族成员 SlAFB4、SlAFB6更能影响番茄对生长素敏感性。  ⑤通过酵母双杂交法(Y2H)和双分子荧光互补技术(BiFC)证实了番茄中 Sl-TIR1/AFBs与 Sl-Aux/IAAs蛋白互作是依赖于生长素,明确了番茄不同 Sl-TIR1/AFBs生长素受体对 Aux/IAAs蛋白的特异性结合调控方式。通过定量 PCR技术检测参与生长素信号通路两个重要家族基因 Aux/IAA与 ARF的转录水平在转基因株系中变化情况,结果表明:SlTIR1A、SlTIR1B、SlAFB4与 SlAFB6在转录水平上不同程度对Aux/IAA及ARF基因进行特异地调控。  ⑥对转基因株系的功能鉴定发现:超量表达 SlTIR1A影响花器官的发育及导致番茄座果不依赖于授粉/授精作用。同时,从组织切片法、生理生化与分子生物学等方面分析,初步揭示了 SlTIR1A参与果实起始发育的作用机理;超量表达SlTIR1B的转基因株系出现生长素相关多效性的表型,如:顶端优势减弱、促进腋芽发育、改变叶片形态、子房发育、果实形态等。这也表明 SlTIR1B作为生长素信号正调控因子,影响了番茄营养生长与果实发育;下调表达 SlAFB4影响番茄侧根的形成。这体现了 SlTIR1/AFBs基因家族成员在番茄生长、发育过程中发挥着不同的调控作用。  ⑦超量表达Sl-miR393导致SlTIR1A、SlTIR1B、SlAFB6 mRNA水平下调,且在不同组织中靶基因表达被下调程度不一致,说明 SlmiR393在转录后调控靶基因具有组织特异性。对SlAFB6基因与Sl-miR393特异结合位点进行定点突变,构建了不受SlmiR393剪切的SlAFB6(mSlAFB6)且不改变蛋白序列,并对mSlAFB6进行超量表达。通过对转基因株系的功能鉴定发现:超量表达mSlAFB6对番茄复叶发育和萼片形态产生影响,如叶片融合、叶片细胞形态改变、叶脉结构改变以及萼片融合。RNA-seq转录组分析表明:22个 DEG与生长素代谢、运输及信号转导相关,以及27个 DEG参与调控侧生器官发育的转录因子。这也说明SlmiR393介导 SlAFB6调控影响番茄侧生器官边界形成与生长素、转录因子相关。
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摘要:随着教育改革的深化,现代初中美术教育的地位和作用越来越受到人们的重视。作为一名初中美术教师,除了要培养学生对美的发现和欣赏能力,更要加强对学生的基础功训练,尝试新的初中教育教学模式,激发学生在艺术方面的潜能,帮助特长生在美术考试中取得理想的成绩。  关键词:美术特长生;整体意识训练;全面发展  美术特长生是指具有美术方面的兴趣甚至志趣、天赋与才能,或者有意向朝美术发展,或者有意向报考美术高等