植物嫁接体的发育:接口融合过程的时期划分、表达谱分析及相关基因的鉴定

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植物体的嫁接是广泛应用于农业生产中的无性繁殖技术,在我国,其应用历史已经有上千年之久。嫁接技术不仅作为一种实用技术在生产中得到大量应用,在植物学的基础研究中也发挥着十分重要的作用,为我们了解植物体的生长发育机制提供了大量可靠的数据,其应用涉及到植物学研究的各个方面,包括长途信号转导等。在研究中,嫁接不仅仅作为一种技术得到广泛应用,嫁接体的发育机制也是重要的研究课题,特别是接口融合过程中发生的各种组织上以及生理上的变化,涉及到植物学研究中的许多热点问题,例如接口融合过程中组织以及器官的再生,遗传物质在接穗砧木细胞间转移等等。模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,幼苗微嫁接技术(micrografting)因其简便易行成为研究中最主要使用的嫁接技术。本论文中通过对拟南芥幼苗微嫁接技术进行改进和完善,在简化实验操作步骤的同时,提高了嫁接成活率,并且可以方便的应用于多种双子叶植物中。对拟南芥幼苗嫁接体进行的组织学分析显示在嫁接后三天(3dag, days after grafting),接穗和砧木之间的维管组织已经重新相互连接。SUC2/WT嫁接体根部的GFP荧光检测以及品红染色实验,证实在嫁接后三天韧皮部以及木质部的物质运输功能已经恢复。嫁接后第二天,生长素特异响应植株DR5的嫁接实验显示出,接穗砧木之间维管组织重新连接的过程中,生长素诱导特定细胞分化,为接穗以及砧木中维管组织的连接“定向”。嫁接后一天嫁接体的表达谱分析证实了接穗砧木细胞之间进行的细胞间信号传递过程,这一过程重建了接穗与砧木细胞间的通讯网络,从而为后续的发育打下了基础。根据上述实验,对接口融合过程进行了时期划分并建立了发育模型,并且通过对芯片差异表达基因的初步筛选,挑选数个基因对其进行了初步的功能分析。本论文中的嫁接技术更加简便易行,为利用嫁接技术进行植物学研究提供了更为广阔的应用前景。对接口融合过程的分析和研究是这一领域中重要的基础工作,为今后的相关研究工作提供了简便可靠的技术平台并铺垫了坚实的理论基础,其中对相关基因的功能分析将为后续研究提供重要的思路以及基础。
摘要第4-6页
Abstract第6页
第一章 前言第11-19页
    1.1 嫁接的产生及其发展第11页
    1.2 嫁接在农业生产中的应用第11-12页
    1.3 嫁接在植物长途信号转导研究中的重要作用第12-13页
    1.4 拟南芥幼苗微嫁接技术第13-15页
    1.5 嫁接体发育中接口融合过程的研究第15-16页
        1.5.1 对接口融合过程的研究第15页
        1.5.2 接口融合过程中接穗砧木细胞间遗传物质的转移第15-16页
    1.6 植物细胞间信号转导概述第16-19页
第二章 实验方法与材料第19-40页
    2.1 实验材料第19页
    2.2 实验方法第19-33页
        2.2.1 拟南芥幼苗微嫁接第19-20页
        2.2.2 烟草幼苗微嫁接第20-21页
        2.2.3 番茄幼苗嫁接第21-22页
        2.2.4 苜蓿幼苗嫁接第22页
        2.2.5 PI染色(Pseudo-Schiff Propidium iodide staining,PS-PI staining)第22-23页
        2.2.6 GUS(β-Glucuronidase)染色第23页
        2.2.7 酸性品红染色(acid fuchsin)第23-24页
        2.2.8 显微镜的使用第24页
        2.2.9 载体构建第24-25页
        2.2.10 拟南芥转化第25页
        2.2.11 定量PCR(Real Time quantitative PCR)第25-26页
        2.2.12 Trizol法提取RNA第26页
        2.2.13 去除基因组DNA第26-27页
        2.2.14 反转录第27-28页
        2.2.15 胶回收(AxyGEN胶回收试剂盒)第28页
        2.2.16 碱裂解法提质粒第28-29页
        2.2.17 大肠杆菌感受态制备第29页
        2.2.18 大肠杆菌的转化第29页
        2.2.19 农杆菌感受态制备第29-30页
        2.2.20 农杆菌转化第30页
        2.2.21 树脂切片第30页
        2.2.22 酵母双杂交实验第30-32页
        2.2.23 烟草叶肉细胞的瞬时表达第32-33页
    2.3 芯片实验第33-40页
        2.3.1 总RNA的提取(TRIzol,Invitrogen)第33-34页
        2.3.2 RNA质检以及纯化第34页
        2.3.3 合成双链cDNA第34-35页
        2.3.4 cRNA合成以及纯化第35-36页
        2.3.5 cRNA浓度测定及质控第36页
        2.3.6 荧光标记cRNA及其纯化第36-37页
        2.3.7 芯片杂交第37页
        2.3.8 芯片洗涤第37页
        2.3.9 显色、扫描第37页
        2.3.10 数据分析第37-38页
        2.3.11 microRNA表达谱芯片实验第38-40页
第三章 实验结果第40-48页
    3.1 拟南芥幼苗微嫁接技术的改进第40页
    3.2 改进后的技术在其它双子叶植物中的应用第40-41页
    3.3 拟南芥幼苗嫁接体接口融合过程的组织学分析第41-42页
    3.4 3dag时嫁接体维管组织运输功能的恢复第42页
    3.5 生长素响应植株DR5与WT嫁接检测生长素在接口融合过程中的功能第42-43页
    3.6 1dag WT/WT嫁接体的mRNA表达谱分析第43-45页
    3.7 1dag WT/WT嫁接体的microRNA表达谱分析第45页
    3.8 芯片差异表达基因的进一步分析第45-47页
        3.8.1 通过promoter-GUS转基因系分析基因与接口融合过程的相关性第45-46页
        3.8.2 突变体鉴定第46页
        3.8.3 蛋白的亚细胞定位第46-47页
    3.9 酵母双杂交实验检测CIPK14(AT5G01820)与AKT2(AT4G22200)的相互作用第47-48页
第四章 结论第48-55页
    4.1 改进后的拟南芥幼苗微嫁接技术操作简便实用,嫁接体成活率高而且可以方便的进行研究过程中的取材第48-49页
        4.1.1 改进后的嫁接技术极大的提高了嫁接体的成活率第48页
        4.1.2 改进后的嫁接技术操作简便,实验步骤减少的同时可靠性得到了大幅度的提高第48页
        4.1.3 改进后的技术可以方便的进行嫁接体的取材,有利于后续研究的开展第48-49页
    4.2 改进后的幼苗微嫁接技术可以方便的直接应用于多种双子叶植物中第49页
    4.3 拟南芥幼苗嫁接体嫁接后三天维管组织已经恢复运输功能第49-50页
    4.4 生长素诱导接口部位的细胞分裂和分化,促进接穗和砧木中维管组织的分化,为接穗砧木中维管组织的连接中“定向”,指示两部分维管组织相互连通第50-51页
        4.4.1 由图8B-C可知,DR5植株的GUS染色显示出接口部位附近在嫁接后第2-3天时有较为深重的着色,说明生长素在接口融合的过程中发挥重要作用第50页
        4.4.2 WT/DR5嫁接体GUS染色的情况进一步的显示出生长素在接穗和砧木维管组织连接的过程中重要的“定向”作用第50-51页
    4.5 芯片数据的分析结果显示,在1dag,接穗和砧木细胞之间正在进行细胞间的信号传递。这一过程伴随着细胞生长被抑制以及接口部位的细胞对损伤造成的细胞碎片进行清理的过程。同时,这几个发育过程均是由损伤诱导的一套基因程序来调控的第51-53页
        4.5.1 嫁接后第一天,接穗和砧木细胞之间正在进行细胞间通讯,彼此交换信号,以重建细胞间的通讯网络第51-52页
        4.5.2 接穗和砧木之间的细胞间通讯过程伴随着接口附近完整细胞对细胞碎片的清除以及细胞生长被抑制的过程第52-53页
        4.5.3 细胞间通讯过程,细胞碎片的清理以及细胞生长受到抑制,这三个过程都是由损伤诱导的一套基因表达程序来调控的第53页
    4.6 嫁接体接口融合过程的发育模型第53-55页
第五章 讨论第55-66页
    5.1 改进后的幼苗微嫁接技术可以作为一个方便可靠的研究平台应用于植物学研究的多个方面第55-61页
        5.1.1 幼苗微嫁接技术可以促进植物长途信号转导的研究第55-56页
        5.1.2 幼苗微嫁接技术与接口融合过程的研究第56-57页
        5.1.3 幼苗微嫁接技术与接口融合过程中遗传物质的转移第57-59页
        5.1.4 幼苗微嫁接技术与表观遗传学研究第59-61页
    5.2 接口融合过程中激素的作用第61-62页
        5.2.1 拟南芥嫁接体接口融合过程中主要作用的激素为乙烯(ethylene)以及茉莉酸(jasmonic acid)第61页
        5.2.2 Ethylene及JA在接穗和砧木细胞间信号传递过程中的作用第61-62页
        5.2.3 生长素在接口融合过程中的作用第62页
    5.3 接穗和砧木之间传递信号的可能的机制第62-65页
        5.3.1 糖运输途径与细胞间通讯第63-64页
        5.3.2 寡糖(oligosaccharides)可能作为信号分子在接穗砧木细胞间传递第64页
        5.3.3 胞间连丝在接穗砧木细胞间通讯过程中的作用第64-65页
    5.4 接口融合过程中microRNA的作用第65页
    5.5 接口融合过程中细胞间通讯过程突变体的鉴定第65-66页
参考文献第66-75页
表格第75-92页
附表第92-110页
图版第110-132页
研究成果第132-133页
致谢第133页
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