Thidiazuron诱导狗蔷薇PLBs发育的分子机理解析

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蔷薇属植物离体再生困难,严重制约着遗传改良和分子育种的进程。TDZ(thidiazuron)诱导的类原球茎(Protocorm-Like Bodies,PLBs)发育途径,是一个快速高效的再生途径,可作为遗传转化的受体。TDZ诱导的PLBs发育的分子机理尚不清楚。本研究以狗蔷薇PLB和RcWUS转基因植株为材料,旨在解析TDZ诱导PLBs启动阶段的分子机理。结果如下:1、TDZ诱导的PLB发育过程的转录数据结果显示,共产生97,336条Unigenes,其中每相邻两个阶段的差异表达基因分别是4,177、2,154和1,627个。在单个分生中心与类根体两个阶段之间,TDZ能够促进细胞之间的交流、光合系统的建立和玉米素的内源合成,同时器官特异性表达基因也被激活(comp349221c0、comp335831c0)。DGE分析结果显示生长素绑定蛋白类似基因RcABP19a表达变化比较剧烈,功能有待深入研究和验证。2、RcABP19a的试验结果如下:该基因受TDZ诱导,在PLB发育过程中上调表达;m-RNA原位杂交结果显示,RcABP19a在类根体根尖静止中心位置、维管束位置及可分化的细胞组织特异性表达。亚细胞定位结果显示RcABP19a主要定位在质膜和内质网膜;启动子的组织特异性表达显示:该基因在胚根根尖,子叶与胚轴连接处维管束中表达。过表达拟南芥显示,RcABP19a可以促进幼苗上胚轴的快速生长,增加侧枝的数量。初步推断RcABP19a可能对改变PLB发生过程中的根尖干细胞命运起着重要的作用。3、TDZ诱导启动PLBs发育的作用模式研究表明:TDZ可以促进愈伤-类根体中内源生长素IAA和Z-型细胞分裂素含量的积累,引起类根体顶端生生长素和细胞分裂素响应相关基因RcARF1、RcARF4、RcRR1的上调表达,并通过抑制生长素运输蛋白基因RcPIN1的表达和促进内源细胞分裂素活性基因LOG1基因的上调表达,打破类根体顶端生长素和细胞分裂素的平衡,从而转变类根体顶端细胞的命运,启动PLBs的发生。结合外源激素NAA、ICT及生长素运输抑制剂NPA处理实验结果表明:TDZ在PLB发育过程中主要起到细胞分裂素的作用,通过打破类根体顶端生长素和细胞分裂素的平衡启动PLBs的发生。SAM干细胞表达基因/RcWUS、RcCLV1,RAM干细胞池特异表达基因/RcWOX5、RcPLT1、RcPLT2,胚性特异表达基因RcSERK1的时空表达及RcWUS转基因植株的研究显示:细胞脱分化是TDZ诱导启动PLBs发育的主要途径,RcWUS基因在PLBs启动阶段的脱分化途径中不起作用。综上所述:在PLBs的发育过程中,TDZ通过影响生长素和细胞分裂素的信号转导、运输和代谢而打破类根体顶端RAM中生长素和细胞分裂素的平衡,直接或间接诱导细胞脱分化途径的发生而启动狗蔷薇PLBs的发育。
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