PeGRF6-PeGIF1复合物调节小兰屿蝴蝶兰叶片中的细胞增殖

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蝴蝶兰(Phalaenopsis aphrodite)是一种观赏植物,更是一种受人们追捧的盆栽植物,蝴蝶兰组合盆栽以蝴蝶兰的花色为主色调衬托其他色彩,以其对称均衡构图,容易产生布置整齐、造型独特和色彩缤纷的艺术效果,是大自然景观的浓缩,素有“迷你小兰园”的美称。然而,大型蝴蝶兰往往叶片肥大,这导致观赏价值下降并伴随通风不良而造成的病虫害,因此探索蝴蝶兰叶片发育的分子机制对未来分子育种和培养小叶蝴蝶兰具有积极意义。在这项研究中,以蝴蝶兰属的模式植物小兰屿蝴蝶兰(Phalaenopsis equestris)为研究材料,鉴定了与蝴蝶兰叶片发育调控相关的基因,并探索了它们的作用机制。在生物信息学上,对小兰屿蝴蝶兰中所有GRF家族成员的氨基酸序列比对、氨基酸基序分析、基因的外显子、内含子分析并和拟南芥和水稻的GRF氨基酸序列一起构建了系统进化树。在基因特性上,通过RT-q PCR技术对所有小兰屿蝴蝶兰中GRF成员在叶片发育5个时期的表达水平进行了转录水平的检测,根据实时荧光定量数据比对的结果和生信分析的结果,锁定了关键基因PeGRF6。通过构建小兰屿蝴蝶兰的small RNA文库来挖掘一些可能调控基因PeGRF6的关键mi RNA。在基因和复合物的功能上,利用蝴蝶兰VIGS(病毒诱导的基因沉默)技术、酵母双杂交和Bi FC(双分子荧光互补)实验对PeGRF6、PeGIF1以及二者复合体进行了在叶片细胞增殖和花青素积累中分子机制的探索,同时也通过生信分析和烟草共注射实验初步揭示Peq-mi R396与PeGRF6 m RNA的之间的调控机制。序列比对和系统发育分析表明,小兰屿蝴蝶兰PeGRF家族中PeGRF6与拟南芥基因At GRF1和At GRF2具有高度同源性,已知它们参与叶片发育的调控。在PeGRFs中,PeGRF6在叶片发育的各个阶段持续稳定表达,并且PeGRF6的转录水平在叶片发育的3个时期高于大多数的PeGRFs。通过病毒诱导基因沉默(VIGS)技术验证了PeGRF6及其与PeGIF1形成的复合物在叶片发育中的功能。结果表明,PeGRF6-PeGIF1复合物在细胞核中形成,并通过影响细胞大小积极调节叶细胞增殖,也通过q RT-PCR构建PeGRF6和PeGIF1的叶片发育谱与蝴蝶兰花发育谱,横向对比发现PeGRF6是叶片特异表达的转录因子,而PeGIF1可能参与花瓣早期表皮细胞增殖。另外也发现VIGS技术对PeGRF6的抑制导致蝴蝶兰叶片中的花青素积累。基于本文构建的小兰屿蝴蝶兰的small RNA文库和已经发现的mi R396-GRF6模型的调控机制分析表明,PeGRF6转录本可能被Peq-mi R396切割。这些结果表明,与单独的PeGRF6或PeGIF1相比,二者互作形成的复合物PeGRF6-PeGIF在蝴蝶兰的叶片发育中起着更重要的作用,并且该复合物可能通过进一步增加细胞周期相关基因的表达而特异性地促进叶片生长。本篇硕士论文的新见解有三点。首先是本论文成功揭示了小兰屿蝴蝶兰中PeGRF6、PeGIF1以及PeGRF6-PeGIF1复合物在小兰屿蝴蝶兰叶片细胞增殖中的调控关系;其二,本论文揭示PeGRF6在抑制蝴蝶兰叶片花青素积累上发挥的功能,目前介绍GRF家族成员与花青素积累的报道较少,而且大多为二者的正调控关系。最后一点,本论文成功构建了小兰屿蝴蝶兰的small RNA文库并揭示了其中Peq-mi RNA对PeGRF6的负调控关系。
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