纤维素酶和半纤维素酶在拟南芥果荚开裂中的作用机制研究.docx
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纤维素酶和半纤维素酶在拟南芥果荚开裂中的作用机制研究
纤维素酶和半纤维素酶在拟南芥果荚开裂中的作用机制研究
纤维素酶和半纤维素酶在拟南芥果荚开裂中的作用机制研究研究生学术报告记录册学号2013200219姓名攻读学位理学硕士院系生命科学学院专业植物学研究方向植物生理与分子生物学导师姓名2014年12月24日研究生学术报告记录册学术报告登记编号报告题目时间地点类别1RegulationoffruitdehiscenceinArabidopsis2013-03-20生命科学学院103听报告2Dynamicsofvegetativecytoplasmduringgenerativecellformationandpollen2013-03-27生命科学学院103听报告3ComparativeGenomicsinSaltTolerancebetweenArabidopsisandArabidopsis-RelatedHalophyte2013-10-18生命科学学院北楼314作报告4纤维素酶和半纤维素酶在拟南芥果荚开裂中的作用机制研究2013-11-16生命科学学院南楼213报告厅听报告5MolecularMechanismsandRegulationofCellExocytosisandPlantDevelopment2014-03-10华南农业大学生命科学学院213听报告6SilencingofHydroxycinnamoyl-CoenzymeltransferaseAffectsPhenylpropanoidBiosynthesis2014-03-14生命科学学院103听报告7StudyatAustralianNationalUniversity2014-03-19华南农业大学生命科学学院213听报告8EpigeneticregulationofDrosophilamalegermlinestemcelllineage2014-07-22生命科学学院南楼213报告厅听报告9Oryzasativapolyamineoxidase1back-convertstetraamines,spermineandthermospermine,tospermidine2014-09-26生命科学学院北楼314作报告10TaMYB13-1regulatesthefructansyntheticpathwayandcontributestoenhancedfructanaccumulation2014-11-14生命科学学院北楼314作报告综合成绩:
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年月日第11页报告题目RegulationoffruitdehiscenceinArabidopsis报告内容:
Fruitdehiscenceisastrategythatmanyfruitsadopttoachieveseeddispersal.Thedehiscenceprocessinvolvesthedifferentiationofspecializedcelltypesandatightco-ordinationofmolecularandbiochemicaleventsthateventuallyleadtoacellseparationprocessthatfreestheseedsoncetheyhavematured.Inthelastfewyears,greatprogresshasbeenmadeinidentifyingthemolecularmechanismsunderlyingfruitdehiscenceinthemodelplantArabidopsisthaliana.Inthisreview,asummaryofourcurrentknowledgeispresented,andpossiblefutureexplorationsaresuggested.报告题目Dynamicsofvegetativecytoplasmduringgenerativecellformationandpollen报告内容:
UltrastrncturaIchangesofpollencytoplasmduringgenerativecellformationandpollenmaturationinArabidopsisthatianawerestudied.Thepollencytoplasmdevelopsacomplicatedultra-structureandchangesdramaticallyduringthesestages.Lipiddropletsincreaseaftergenerativecellformationandtheirorganizationanddistributionchangewiththedevelopmentalstage.Starchgrainsinamylop!
astsincreaseinnumberandsizeduringgenerativeandspermcellformationanddecreaseatpollenmaturity.Theshapeandmembranesystemofmitochondriachangeonlyslightly.Dictyosomesbecomeveryprominent,andnumerousassociatedvesiclesareobservedduringandafterspermcellformation.Endoplasmicreticulureappearsextensivelyasstacksduringspermcellformation.Freeandpolyribosomesareabundantinthecytoplasmatalldevelopmentalstagesalthoughtheyappeardenseratcertainstagesandinsomeareas.Inmaturepollen,allorganellesarerandomlydistributedthroughoutthevegetativecytoplasmandnumeroussmallparticlesappear.Organizationanddistributionofstoragesubstancesandappearanceofthesesmallparticlesduringgenerativeandspermcellformationandpollenmaturationarediscussed.报告题目ComparativeGenomicsinSaltTolerancebetweenArabidopsisandArabidopsis-RelatedHalophyte报告内容:
Saltcress(Thellungiellahalophila),ahalophyte,isageneticmodelsystemwithasmallplantsize,shortlifecycle,copiousseedproduction,smallgenomesize,andanefficienttransformation.Itsgeneshaveahighsequenceidentity(90%–95%atcDNAlevel)togenesofitscloserelative,Arabidopsis.Thesequalitiesareadvantageousnotonlyingeneticsbutalsoingenomics,suchasgeneexpressionprofilingusingArabidopsiscDNAmicroarrays.Althoughsaltcressplantsaresalttolerantandcangrowin500mMNaClmedium,theydonothavesaltglandsorothermorphologicalalterationseitherbeforeoraftersaltadaptation.Thissuggeststhatthesalttoleranceinsaltcressresultsfrommechanismsthataresimilartothoseoperatinginglycophytes.ToelucidatethedifferencesintheregulationofsalttolerancebetweensaltcressandArabidopsis,weanalyzedthegeneexpressionprofilesinsaltcressbyusingafull-lengthArabidopsiscDNAmicroarray.Insaltcress,onlyafewgeneswereinducedby250mMNaClstressincontrasttoArabidopsis.Notablyalargenumberofknownabiotic-andbiotic-stressinduciblegenes,includingFe-SOD,P5CS,PDF1.2,AtNCED,P-protein,b-glucosidase,andSOS1,wereexpressedinsaltcressathighlevelsevenintheabsenceofstress.Undernormalgrowingconditions,saltcressaccumulatedProatmuchhigherlevelsthandidArabidopsis,andthiscorrespondedtoahigherexpressionofAtP5CSinsaltcress,akeyenzymeofProbiosynthesis.Furthermore,saltcresswasmoretoleranttooxidativestressthanArabidopsis.StresstoleranceofsaltcressmaybeduetoconstitutiveoverexpressionofmanygenesthatfunctioninstresstoleranceandthatarestressinducibleinArabidopsis.报告题目纤维素酶和半纤维素酶在拟南芥果荚开裂中的作用机制研究报告内容:
果实开裂是许多被子植物(十字花科,豆科等)释放种子必须的过程,果实开裂的时间和程度直接影响着种子的产量和质量。
在果实发育后期,植物逐渐分化出开裂特有的组织结构——离层区和木化区,并通过离层区细胞的降解,以及木化细胞变干收缩所产生的机械力使果荚开裂。
其中,与细胞壁降解和软化相关的纤维素酶、半纤维素和果胶酶被认为在果荚开裂过程中具有关键作用。
虽然,关于拟南芥果实开裂的分子调控网络日渐清晰,然而,拟南芥果实发育过程中与细胞壁降解有关的关键酶如何影响开裂区细胞结构的分化还依然缺乏深入了解。
本研究通过对拟南芥基因芯片数据进行共表达分析以及RT-PCR验证,得到纤维素酶基因GH9B18和半纤维素酶MAN7。
再通过分别定制t-DNA插入突变株进行统计和切片分析、启动子GUS转基因植株构建、qRT-PCR等一系列试验方法揭示出纤维素酶和半纤维素酶编码基因均参与了果荚开裂区离层细胞的形态分化和果荚开裂的调控。
主要结果如下:
1、通过统计纤维素酶突变株5-1和5-4,半纤维素酶突变株6-1和6-3以及两者杂交获得的双突变株与野生型果荚发育进入不同阶段所需的时间,我们发现:
突变株果荚的发育均不同程度的晚于野生型。
其最主要的特征是野生型果荚发育成熟过程中果荚变干后随即开裂,而突变株明显表现出从干到裂的持续过渡过程。
与此相伴的是突变株的果荚开裂率远低于野生型。
2、通过光学显微镜和电子显微镜对果实开裂区结构发育的形态学变化观察,发现突变株的离层区细胞的形状与野生型存在明显差异,表现为野生型的离层区细胞呈长条状的肾形,可塑性强,而突变株的离层细胞为圆形的等径细胞;另外,在果荚发育后期胞间层降解后,野生型的离层细胞壁及原生质会迅速降解,导致细胞破毁,而突变株的离层细胞始终保持完整的细胞形态。
3、通过构建启动子GUS标记转基因植株观察不同发育阶段的果荚,发现5-1和6-1最初均仅在果荚的顶部和基部表达,随着果荚的发育,从开花后10天开始,表达区域开始逐渐扩大。
最后,在果荚进入半黄和全黄阶段(开裂前)时,纤维素酶基因5-1和半纤维素酶基因6-1的表达区域均集中在果荚开裂区。
4、通过对不同发育阶段的纤维素酶突变株、半纤维素酶突变株、双突变株、果胶酶突变株以及野生型的果荚进行qRT-PCR检测,结果表明,与野生型相比,纤维素酶突变株果荚的半纤维素酶的表达量有明显提高;半纤维素酶突变株的果荚果胶酶表达量有明显提高;双突变株虽然半纤维素酶和纤维素酶表达量均很低,但是果胶酶的表达量也有明显提高;果胶酶突变株中半纤维素酶和纤维素酶表达量均明显提高,证明三者存在特殊的补偿机制,相互协作调节着果荚的发育和开裂。
综上所述,我们成功鉴定并获得了在果荚开裂过程中起关键作用的纤维素酶和半纤维素酶基因,并揭示出它们可能通过影响果荚离层区细胞形态建成参与离层区的分化调控;进而通过影响离层区细胞壁的降解参与果荚开裂的调控。
这些发现揭示出以往拟南芥果荚开裂事件研究中被忽视的重要细胞学过程。
报告题目MolecularMechanismsandRegulationofCellExocytosisandPlantDevelopment报告内容:
王浩博士,2003年毕业于兰州大学,获生物科学学士学位;2006年于兰州大学获得植物分子生物学硕士学位;2010年于香港中文大学获得细胞与分子生物学博士学位;2010年起分别于美国约翰霍普金斯大学和香港中文大学做博士后研究员。
主要研究方向为:
植物细胞内蛋白质的产生、定位和运输,细胞的胞吐与细胞极性的产生,细胞自噬体的产生及其在植物生长发育和抗逆过程中的功能。
2010年至今,以第一作者身份在国际学术期刊发表论文6篇,包括:
NatureProtocols(2011),ThePlantCell(2013),ThePlantJournal(2010,2013),MolecularPlant(2011),FEBSJournal(2011)。
报告题目SilencingofHydroxycinnamoyl-CoenzymeltransferaseAffectsPhenylpropanoidBiosynthesis报告内容:
Thehydroxylgroupinthe3-positionofthephenylpropanoidcompoundsisintroducedatthelevelofcoumarateshikimatequinateesters,whosesynthesisimplicatesanacyltransferaseactivity.Specificantibodiesraisedagainsttherecombinanttobacco(Nicotianatabacum)acyltransferaserevealedtheaccumulationoftheenzymeinstemvasculartissuesoftobacco,inaccordancewithaputativeroleinlignification.Forfunctionalanalysis,theacyltransferasegenewassilencedinArabidopsisthalianaandN.benthamianabyRNA-mediatedposttranscriptionalgenesilencing.InArabidopsis,genesilencingresultedinadwarfphenotypeandchangesinlignincompositionasindicatedbyhistochemicalstaining.AnindepthstudyofsilencedN.benthamianaplantsbyimmunological,histochemical,andchemicalmethodsrevealedtheimpactofacyltransferasesilencingonsolublephenylpropanoidsandlignincontentandcomposition.Inparticular,adecreaseinsyringylunitsandanincreaseinp-hydroxyphenylunitswererecorded.Enzymeimmunolocalizationbyconfocalmicroscopyshowedacorrelationbetweenenzymeaccumulationlevelsandlignincompositioninvascularcells.Theseresultsdemonstratethefunctionoftheacyltransferaseinphenylpropanoidbiosynthesis.报告题目StudyatAustralianNationalUniversity报告内容:
澳大利亚国立大学教授、华南农业大学丁颖讲座教授。
1984年和1990年获华中科技大学固体力学专业硕士和博士学位,1994年获DAAD—王宽诚基金赴德国Stuttgart大学访问研究。
1995年-1997年到清华大学作博士后研究;1997年获澳大利亚研究理事会QueenElizabethII研究员位置,2004年至今在澳大利亚国立大学工学院担任教授、副院长、研究中心材料加工制造组的带头人等职位。
2000年被聘为华中科技大学客座教授;2002年被天津大学聘为长江学者特聘教授,2012年被华南农业大学聘为丁颖讲座教授。
在应用力学领域,已发表200多篇期刊论文,出版7部专著,获得澳大利亚科学院颁发的J.G.Russell奖。
报告题目EpigeneticregulationofDrosophilamalegermlinestemcelllineage报告内容:
陈昕博士,美国约翰霍普金斯大学(JohnsHopkinsUniversity)生物系助理教授(AssistantProfessor)。
1996年毕业于中国科学技术大学,获生物科学学士学位;2001年于美国得克萨斯大学奥斯丁分校(UniversityofTexasatAustin)获得分子生物和遗传学博士学位;2002至2007年在斯坦福大学(StanfordUniversity)做博士后;2008至今在约翰霍普金斯大学从事科研和教学工作。
主要研究方向为:
表观遗传学,发育生物学,干细胞及生殖细胞分化等;首次在体内证明干细胞通过继承特有的表观遗传信息来维持其特征,在国际顶级期刊发表多篇研究论文,其中在Science发表3篇,包括第一作者1篇(2005年),独立通讯作者2篇(2012,2014年)等;研究工作还先后发表在GenesandDevelopment、GenomeBiology、Development(2004,2011,2013)等。
主持多项美国NIH基金(R00,R01,R21);荣获美国Packard科学和工程奖。
报告题目Oryzasativapolyamineoxidase1back-convertstetraamines,spermineandthermospermine,tospermidine报告内容:
Rice(Oryzasativa)containssevengenesencodingpolyamineoxidases(PAOs),termedOsPAO1toOsPAO7,basedontheirchromosomalnumberandgeneIDnumber.Wepreviouslyshowedthatthreeofthesemembers,OsPAO3,OsPAO4andOsPAO5,areabundantlyexpressed,thattheirproductslocalizetoperoxisomesandthattheycatalyzethepolyamineback-conversionreaction.Here,wehavefocusedonOsPAO1.TheOsPAO1geneproductsharesahighlevelofidentitywiththoseofArabidopsisPAO5andBrassicajunceaPAO.ExpressionofOsPAO1appearstobequitelowunderphysiologicalconditions,butismarkedlyinducedinricerootsbyspermine(Spm)orT-Spmtreatment.Consistentwithth
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- 关 键 词:
- 纤维素酶 拟南芥 开裂 中的 作用 机制 研究