低溫敏感突變體根尖基因表達(dá)譜分析.pdf

1、根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官。側(cè)根在根系統(tǒng)的建立中起著重要的作用。水稻側(cè)根屬于胚后發(fā)育器官，起始于主根的中柱鞘細(xì)胞。在解剖學(xué)上側(cè)根的發(fā)育過程已經(jīng)了解的非常透徹，然而其發(fā)育的分子機(jī)制尚不清楚。影響側(cè)根發(fā)育的因素包括內(nèi)源因素以及外源因素。內(nèi)源因素如激素水平，已有報(bào)道表明生長素是側(cè)根起始的誘導(dǎo)因子。外源因素包括溫度、光照、營養(yǎng)元素等?？傊瑐?cè)根發(fā)育是一個(gè)由多種因素共同影響的非常復(fù)雜的生命過程。本實(shí)驗(yàn)利用低溫(24℃以下)條件下側(cè)根缺失的

2、水稻突變體（Low temperature sensitive mutant，lts1）為研究對(duì)象，從整個(gè)基因組水平考察野生型與突變體根尖部位的基因表達(dá)差異，以期探索低溫調(diào)控水稻側(cè)根發(fā)育的分子機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　1.在24℃以下，突變體側(cè)根缺失而且整個(gè)植株的生長嚴(yán)重受到抑制，亞甲基藍(lán)染色顯示突變體無側(cè)根原基;對(duì)突變體成熟區(qū)細(xì)胞觀察顯示，中柱鞘細(xì)胞并沒有發(fā)生分裂形成側(cè)根原基，且皮層細(xì)胞長度僅為野生型的1/3。隨著溫度的升高

3、，突變體的表型逐漸恢復(fù)，當(dāng)溫度升高到30℃時(shí)，突變體的表型恢復(fù)正常，與野生型的表型一致。
　　2.在24℃條件下，利用水稻Affymetrix基因芯片對(duì)突變體與野生型根尖1cm的基因表達(dá)差異分析發(fā)現(xiàn)，表達(dá)差異倍數(shù)大于等于4倍的共有1957個(gè)基因。其中，1603個(gè)基因在突變體中被誘導(dǎo)、354個(gè)基因被抑制。對(duì)表達(dá)差異的基因進(jìn)行Gene Ontology(GO)分析發(fā)現(xiàn)，刺激相關(guān)基因的表達(dá)發(fā)生了顯著變化(p＜10-10)。另外，細(xì)胞內(nèi)的

4、氧化還原相關(guān)基因也發(fā)生顯著的變化(p＜10-8)，例如多個(gè)過氧化物酶表達(dá)發(fā)生變化（p＜10-8），qRT-PCR進(jìn)一步驗(yàn)證這一結(jié)果。PIN作為生長素輸出載體，調(diào)控著生長素的極性分布。芯片結(jié)果顯示，芯片中包含9個(gè)OsPIN成員，相對(duì)于野生型，突變體中4個(gè)基因的表達(dá)受抑制，2個(gè)基因被誘導(dǎo)，剩余3個(gè)基因表達(dá)量較低，qRT-PCR也證明這一結(jié)果。
　　3.通過測定24℃、30℃恒溫培養(yǎng)下的突變體與野生型根尖1cm中活性氧(ROS，主要包括

5、過氧化氫和超氧基)含量發(fā)現(xiàn)，30℃時(shí)，突變體與野生型中ROS含量差別不大;但是低溫條件下，相對(duì)于野生型，突變體根尖中積累更多的ROS，是野生型的3倍。對(duì)ROS組織分布的觀察發(fā)現(xiàn)，低溫條件下過氧化氫(H2O2)在突變體根部的分布發(fā)生了顯著的變化，表現(xiàn)為在根尖的積累較野生型少，而成熟區(qū)部位較野生型多;高溫條件下H2O2在突變體根系中的分布與野生型一致。高溫條件下超氧基(O2·-)在突變體根系中的分布與野生型一致;而24℃時(shí)，突變體成熟區(qū)的染