拟南芥响应低氮和低钙分子机理研究

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1、学校代码：10126分类号——UDC学号：21108019密级——编号——论文题目研究生：指导教师：专业：研究方向：所在学院：年月日原创性声明～～本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得内苤直太堂及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：曼街指导教师签名：狮匀日期：型!垒．』．丝在学

2、期间研究成果使用承诺书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。学位论文作者签名：叠墨良Ft期

3、：地坐圭：丝指导教师签名：塑：臣墨星Ft期：迎』生：土：兰兰内蒙古大学博士学位论文拟南芥响应低氮和低钙分子机理研究摘要本实验室以模式植物拟南芥为材料，研究植物对矿质养分贫瘠响应和适应的分子机制。本论文由两个相对独立的课题组成：一方面通过突变体筛选比较深入的研究了RHD3基因在低氮诱导花青素过量积累过程中的分子功能；另一方面结合对活体细胞内细胞质Ca浓度的动态检测和基因表达谱芯片技术，对植物感应低Ca环境的细胞和分子生物学机制进行了初探。(1)本研究筛选到一株在低氮条件下过量积累花青素的、隐性单基因突变

4、体，表现主根短，根毛短而弯曲和植株矮小的表型。结合图位克隆与以二代测序技术为基础的DNA多态性分析，确定突变基因为ROOTHAIRDEFECTIVE3㈣3／)，突变位点为第16个内含子的最后一个碱基，导致RNA剪接错误，命名为砌仍一J『D，其所有表型同已知的砌以．J以及砌以一10／rhd3一J『杂交F1代植物完全一致，证明我们观察到的表型确实为RHD3基因突变造成。RHD3定位于内质网，基因启动子活性集中在叶子和根尖。在砌办一J『D突变体体内引入花青素合成关键基因TT4的突变，完全阻断在低氮条件下砌奶

5、一JD过量积累花青素的表型。在低氮条件下，砌如．JD相对于野生型植物(C01)，体内花青素合成相关基因表达上调，花青素含量过量积累。证明在Col植物体内，RHD3是低氮诱导花青素积累的负调控因子。乙烯是高光强诱导花青素积累的负调控因子。我们假设RHD3通过介导乙烯途径间接负调控花青素积累。该假设得到如下四个结果的支T拟南芥响应低氮和低钙分子机理研究持：(a)RHD3基因突变部分阻断低氮对乙烯反应基因表达的诱导；(b)在低氮条件下，乙烯信号转导阻断突变体，etrl、ein2、ein3／eill表现出过量

6、积累花青素的表型；而乙烯过量产生突变体etol则表现出花青素积累显著降低的表型。这证明，乙烯是低氮诱导花青素积累的负调控因子；(c)对于Col，乙烯合成前体ACC强烈抑制低氮诱导的花青素积累；对于乙烯信号转导阻断突变体和砌奶一10，ACC的这种抑制作用显著降低；(d)在乙烯过量产生突变体etol体内进一步突变RHD3基因可以显著提高突变体花青素的积累。尽管RHD3和ETRl，EIN2和CTRl都位于或同内质网关联，但是通过酵母双杂交实验没有发现RHD3的N和C端同ETRl，EIN2和CTRl相互作用。

7、RHD3调节乙烯信号转导的分子机制还需要进一步研究。(2)生态学证据表明，酸雨导致全球范围土壤中Ca含量降低。植物应对低Ca的分子和细胞学机制未知。本研究发现低Ca环境诱导大量基因表达发生显著变化，其中很多基因是以前证明参与植物响应其他逆境信号的基因。一类编码细胞质Ca2+([Ca2+]。”)感知蛋白的基因显著上调，我们假设[Ca2+]。yt参与植物细胞感应外界低Ca环境。研究证实，降低细胞外Ca2+浓度([Ca2+]。x。)确实会激发[Ca2+]cyt瞬时升高，而且[Ca2+】cyt升高的峰值与[C

8、a2+】铱。降低的程度呈正相关。通过提高细胞外K+浓度使细胞质膜电势相对去极化，显著抑制[Ca2+】ext降低51寸[Ca2+】。讥的诱导作用，说明Ca2+可能通过受膜电势调节的Ca通道进入细胞内。Gd3+，一个Ca2+通道抑制剂确实强烈抑制这个反应。动物细胞质膜存在对细胞外低Ca感知的受体蛋白。受体调节的信号事件经常表现脱敏现象：细胞在对第一次信号刺激作出反应以后，需要一段时间的恢复才能对连续的第二次同样信号刺激作出反应。我们发现植物细胞对低Ca的反内