全 文 ：Journal of Northeast Agricultural University
东 北 农 业 大 学 学 报第46卷 第3期 46(3): 50~58
2015年3月 March 2015
转录因子AtOFP4影响拟南芥表皮细胞的伸长
常 缨1，张 微1，李宏玲1，王鹤萌1，董士嘉2
（ 1.东北农业大学生命科学学院，哈尔滨 150030；2.东北农业大学农学院，哈尔滨 150030）
摘 要：为分析拟南芥中转录因子AtOFP4在植物生长发育过程中的功能，对拟南芥OVATE基因家族中第 I亚
组的Atofp4缺失突变体进行筛选与表型分析，对35S:HA-OFP4转基因植株进行表型分析。结果表明，与野生型相
比，Atofp4突变体植株表型没有显著变化；而35S:HA-OFP4转基因植株各器官形态结构出现多效畸变，进一步分
析发现因地上器官表皮细胞在长轴上显著缩短导致植株各器官形态结构发生变化。GA3处理35S:HA-OFP4转基因
植物幼苗，结果表明，GA3对下胚轴生长具有明显补偿作用，说明转录因子AtOFP4与GA3相关。在正常生长条件
下，AtOFP4基因过量表达可抑制表皮细胞伸长，影响转基因植物生长发育。
关键词：AtOFP4基因；拟南芥；表型分析；GA3
中图分类号：Q785 文献标志码：A 文章编号：1005-9369（2015）03-0050-09
常缨,张微,李宏玲,等.转录因子AtOFP4影响拟南芥表皮细胞的伸长[J].东北农业大学学报, 2015, 46(3): 50-58.
Chang Ying, Zhang Wei, Li Hongling, et al. Effect of transcription factor AtOFP4 on epidermal cells elongation in Arabidop-
sis thaliana[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2015, 46(3): 50-58. (in Chinese with English abstract)
Effect of transcription factor AtOFP4 on epidermal cells elongation in
Arabidopsis thaliana/CHANG Ying1, ZHANG Wei1, LI Hongling1, WANG Hemeng1, DONG
Shijia2(1. School of Life Sciences, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2. School of
Agriculture, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)
Abstract: In order to explore the function of Arabidopsis thaliana transcription factor AtOFP4 in plant
growth and development, we screened T- DNA insertion mutant of AtOFP4 which is one of Class I of
Arabidopsis thaliana OVATE family protein AtOFPs. Phenotype of the Atofp4 mutant and 35S:HA- OFP4
transgenic plants we got before was analyzed. The results showed that Atofp4 mutants were similar to wild
type plants, no visible difference in morphologic phenotype. However 35S:HA- OFP4 transgenic plants
showed multi-effect distortion in organ shape and structure. Further analysis found that the epidermal cells of
ground organs in plants overexpressing AtOFP4 were significantly shortened on the long axis, leading to
significant change in shape and structure of plant organs. Exogenous GA3 could partially restore defects in
hypocotyl elongation in 35S:HA- OFP4 transgenic plants, suggesting a connection between AtOFP4 and
GA3. Taken together, our results showed that over expression of AtOFP4 gene could influence epidermic cell
elongation, resulting in deficiency in growth and development of transgenic plants.
Key words: AtOFP4 genes; Arabidopsis thaliana; phenotypic analysis; GA3
收稿日期：2014-11-18
基金项目：国家自然科学基金面上项目（31370221）
作者简介：常缨（1970-），女，教授，博士，博士生导师，研究方向为植物资源学与植物分子生物学。E-mail: changying@neau.edu.cn
转录因子（Transcription factor）是一种具有特殊
结构、行使调控基因表达功能的蛋白质分子，亦
称反式作用因子。植物中的转录因子分为两种，
一种是非特异性转录因子，可非选择性调控基因
的转录表达；另一种为特异型转录因子，能够选
择性调控某种或某些基因的转录表达。典型的转
网络出版时间 2015-3-13 15:24:00 [URL] http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20150313.1524.014.html
常 缨等：转录因子AtOFP4影响拟南芥表皮细胞的伸长第3期
录因子含有 DNA结合区（DNA- binding domain）、
转录调控区（Activation domain）、寡 聚 化 位 点
（Oligomerization site）以及核定位信号（Nuclear lo⁃
calization signal）等功能区域，这些功能区域决定转
录因子的功能和特性[1]。转录因子在调控植物生长
发育与器官形态建成，抵御外界生物胁迫与非生
物胁迫等方面具有重要调控作用[2]。OVATE基因首
次在番茄中被鉴定出，该试验结果表明OVATE基
因突变可导致番茄果实由圆形转变成梨形。
OVATE基因编码的蛋白内含一个核定位信号，其C
端约 70个氨基酸序列在植物中是保守的，这个保
守区域被称为OVATE结构域，进而，包含这个结
构域的蛋白被鉴定为 OVATE家族蛋白（OFPs）[3]。
Hackbusch等提出一个与 TALE蛋白相互作用的蛋
白网络模型，在这个模型中包含一个从未被鉴定
的植物家族蛋白 [Arabidopsis thaliana ovate family
proteins（AtOFPs） ]。并证明，这些蛋白质控制着
TALE蛋白的细胞内定位，对植物发育起重要调节
作用。拟南芥AtOFPs是一类新型的、植物特有的
转录因子 [4]。在拟南芥基因组中可以编码含有
OVATE结构域的蛋白基因共有 18个 [5]。根据拟南
芥AtOFPs转基因植株产生的表型类型可将其分为
三个亚组：Ⅰ类亚组（AtOFP1、 AtOFP2、AtOFP4、
AtOFP5和AtOFP7）、Ⅱ类亚组（AtOFP6和AtOFP8）
和Ⅲ类 亚 组（AtOFP13、 AtOFP15、 AtOFP16 和
AtOFP18），其他 AtOFP基因超表达体未观察到明
显的表型 [6]。Wang等仅对 AtOFP1进行初步研究，
研究中发现 AtOFP1在拟南芥芽、根、茎、叶、
花、花序和角果中均有表达。确定AtOFP1定位在
细胞核中，推测是一个活性转录抑制因子，抑制
细胞伸长。染色质免疫沉淀试验结果表明AtOFP1
直接调控AtGA20ox1表达，而AtGA20ox1是编码GA
合成过程中的关键酶基因，通过外源添加GA3能够
部分恢复 35S:HA-AtOFP1转基因植株的表型[7]。对
于在光下生长的植物来说，GA能够促进下胚轴和
茎的细胞延长。已有研究表明，在拟南芥中，乙
烯、生长素、芸苔素能和GA一起共同促进细胞延
伸和下胚轴延长[8-10]。Pagnussat等报道，AtOFP5在
早期胚囊发育中，对 BLH1- KNAT3起复杂的负调
控作用[11]。
最近，研究发现AtOFP4通过与KNAT7相互作
用参与调节次生细胞壁形成 [5]。由于 AtOFP4与
AtOFP1同属Ⅰ类亚组，并且，二者转基因植株表
型很相近。那么，AtOFP4在调节植物生长和发育
过程中是否也与 GA3有关？为研究Ⅰ类亚组中
AtOFP4基因在植物生长发育中的功能，本文从三
个方面探究：首先对AtOFP4基因缺失突变体进行
筛选与鉴定，并进行表型分析；同时对AtOFP4转
基因植株进行表型分析；最后通过外源添加GA3试
验来探究AtOFP4转基因植株所产生的表型是否与
GA有关。本研究通过分析AtOFP4转基因植株对植
物生长发育产生的影响，例如使植株矮化、叶片形
态改变、果型变化等，探索该基因在植物生长发育
过程中的功能，推测整个蛋白家族在植物生长发
育中可能行使的功能和相应机制，对研究观赏植
物、经济作物生长具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 材料
野生型拟南芥 Columbia（Col）及 35S:HA-OFP4
转基因植物等由加拿大大不列颠哥伦比亚大学
（UBC）植物系陈金桂博士和王树才博士提供。T-
DNA插入突变体订购自 T-DNA插入突变种子库
ABRC（Arabidopis biological resource center）。
1.2 方法
1.2.1 拟南芥培养
所用拟南芥试验材料均为哥伦比亚 Columbia
（Col）生态型，分别为：野生型（Col）、Atofp4缺失
突变体、35S:HA-OFP4 转基因植株。将种子放
在 1.5 mL EP管中, 用移液枪加入 1 mL 80%酒精，
7 000 r · min-1离心2 min，弃酒精；再加1 mL 2.5%
次氯酸钠，离心2 min，弃次氯酸钠；最后加1 mL无
菌水离心1 min（5次）。种子经消毒后，加入0.5 mL
无菌水于EP管中悬浮种子；用移液枪将种子吸到
已灭菌含有 1%琼脂和 3%蔗糖的 1/2 MS固体培养
基上，将种子铺均匀；用移液枪吸干水，在超净
台上用无菌风吹干残留在培养基上的水；点好种
子的培养皿用封口膜封好；放到组培架上，垂直
光照培养。培养室光周期 14 h /10 h（光照/黑暗），
光照强度 5 000 lx，培养温度为（22±2）℃。7~10 d
后，打开培养皿，用镊子把拟南芥幼苗移种到由
Hoagland营养液润湿的土壤培养基中（土􀏑蛭石=
1􀏑1），培养条件不变。每天浇水，每 3 d浇 1次
Hoagland营养液。
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东 北 农 业 大 学 学 报 第46卷
为最大程度上保证植株生长的微环境相同，
进而准确对比分析Col野生型拟南芥与Atofp4缺失
突变体、35S:HA-OFP4转基因植株间生长和发育差
异，在 5×10的育苗穴盘中均匀分布种植野生型、
Atofp4缺失突变体、35S:HA-OFP4转基因拟南芥。
1.2.2 拟南芥AtOFP4的T-DNA插入缺失突变体的
筛选与鉴定
采用 CTAB法制备拟南芥基因组DNA。从 T-
DNA插入突变种子库 ABRC订购到 SALK_022396
可能带有T-DNA插入的突变体，利用PCR方法确
认其T-DNA插入情况，待T-DNA插入确认后将利
用测序法确定其精确的插入位点，并利用RT-PCR
验证其基因表达情况，筛选出基因表达缺失性突
变体（见表1）。
1.2.3 扫描电子显微镜样品制备
对7周龄Col野生型拟南芥及35S:HA-OFP4 转
基因拟南芥茎、叶、花进行大量取材，将材料避
开叶脉切成 5 mm×10 mm长方形小块，编号，快速
置于改良的 50% FAA固定液中，室温下固定 24 h
以上。用 0.1 mol · L- 1 pH 6.8磷酸缓冲液冲洗 3
次，每次10 min。分别用浓度为50%、70%、80%、
90%乙醇进行脱水，每次 10~15 min；100%乙醇脱
水 3次，每次 10 min。100%乙醇􀏑叔丁醇=1􀏑1；叔
丁醇各 1次，每次 15 min。ES-2030（HITACHI）型
冷冻干燥仪对样品进行干燥。大约需 4 h。将样品
用导电胶带粘贴在扫描电子显微镜样品台上。E-
1010（HITACHI）型离子溅射镀膜仪在样品表面镀
一层 15 nm厚金属膜（金或铂膜）。置于 S-3400N
（Hitachi）型扫描电子显微镜下进行观察并照像。
1.2.4 GA3处理试验
将Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4转基因拟
南芥种子播种到含有0、0.1、1、10 μmol · L-1 GA3
的1/2MS培养基上（方法见拟南芥培养）。培养条件
为 21 ℃，光周期 14 h/10 h（光照/黑暗），光照强度
5 000 lx。7 d后，观察拟南芥生长情况，测量下胚
轴长度。
1.2.5 Col 野生型、Atofp4缺失突变体与 35S:HA-
OFP4转基因植株表型观察
对生长在培养室的Col野生型拟南芥、Atofp4
缺失突变体、35S:HA-OFP4转基因植株进行观
察，拍照。Col野生型拟南芥和35S:HA-OFP4转基
因植株生长 50 d时，观察植株花序及完全开放的
单朵花并拍照。
2 结果与分析
2.1 拟南芥AtOFP4基因缺失突变体筛选、鉴定
及表型分析
2.1.1 Atofp4-1功能缺失突变体T-DNA插入位置
在NCBI上查询到 AtOFP4基因 CDS区长度为
948 bp，CDS区全部为外显子，编码产物为 315个
氨基酸的蛋白。其蛋白序列C末端251~307 aa位置
为OVATE结构域（DUF623）。在 TAIR上查询到类
型为T-DNA插入突变，插入位置在外显子上，插
入位点在 109 bp处，插入旁侧序列长度为 333 bp，
型号为 SALK_022396 的 Atofp4 突变体，命名为
Atofp4-1。
2.1.2 拟南芥Atofp4-1功能缺失突变体筛选与鉴定
经PCR检测筛选出AtOFP4 T-DNA插入突变体
（见图1）。
以Col野生型拟南芥为阳性对照，以内参基因
Actin2为参照，进行RT-PCR鉴定，由图 2可以看
AtOFP4在突变体中没有表达，说明 T-DNA插入
Atofp4后阻断该基因的转录翻译，即需要的基因敲
除突变体植株，收集突变体Atofp4-1种子，用于下
一步表型分析。
基因Gene
AtOFP4
T-DNA
位点Accession
At1g06920
引物序列Primer sequence
5ATGAGGAACTATAAGTTAA 35CTACTTCGATGCAAATGTA 3
5GGCAATCAGCTGTTGCCCGTCTCACTGGTG 3
表1 引物序列
Table 1 Primer sequence of gene
图1 Atofp4-1缺失突变体鉴定
Fig. 1 Identification of Atofp4-1 mutant
Atofp4-1
Genomic DNA
T-DNA
FW/JMLB1
图2 RT-PCR分析AtOFP4在缺失突变体中的表达
Fig. 2 RT-PCR analysis of AtOFP4 expression in Atofp4-
1mutant
Col Atofp4-1
ACT-
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常 缨等：转录因子AtOFP4影响拟南芥表皮细胞的伸长第3期
2.1.3 拟南芥Atofp4-1缺失突变体的表型分析
经过对子叶、莲座叶，茎生叶、花朵、角果
等观察发现Atofp4-1缺失突变体表型与Col野生型
拟南芥表型无明显差异，在这里仅以 25 d株龄植
株作代表加以说明（见图3）。
B A
2.2 拟南芥35S:HA-OFP4转基因植株的表型分析
2.2.1 拟南芥 35S:HA-OFP4转基因植株子叶表型
分析
在培养基中生长7 d时，Col野生型拟南芥子叶
叶片平展光滑，子叶呈卵形（见图4A），而35S:HA-
OFP4子叶呈肾型（见图4B）。
由于 35S:HA-OFP4植株子叶表型发生较大变
化，因此进一步观察子叶表皮细胞变化。结果表明，
35S:HA-OFP4植株子叶上表皮细胞形态与Col野生型
拟南芥上表皮细胞无明显差别，细胞形状均不规则；
但在细胞大小上差异明显，35S:HA-OFP4植株上
表皮细胞明显小于Col野生型拟南芥，细胞表面积
约为Col野生型拟南芥上表皮细胞的80%（见图5）。
2.2.2 拟南芥 35S:HA-OFP4转基因植株莲座叶表
型分析
根据对Col野生型和35S:HA-OFP4转基因植株
的观察发现两种植株形态不同，35S:HA-OFP4植
株小于Col野生型，主要体现在35S:HA-OFP4转基
因植株叶柄明显短于Col野生型（见图 6）。两种植
株叶片大小相似，但其形状不同，Col野生型拟南
芥叶片为卵圆形（见图 6A），而 35S:HA-OFP4转基
因植株叶片仍为肾形（见图6B）。
a
b
2.2.3 拟南芥35S:HA-OFP4转基因植株茎表型分析
2.2.3.1 拟南芥35S:HA-OFP4转基因植株株高分析
拟南芥株龄 40 d时，35S:HA-OFP4植株形态
与 Col野生型相比，生长较慢，植株较矮（见图
7）。对生长40 d时Col野生型和35S:HA-OFP4转基
因拟南芥随机各取 30棵植株，对植株株高进行测
量，结果表明 35S:HA-OFP4转基因植株株高比野
生型低约20%（见图8）。
2.2.3.2 拟南芥35S:HA-OFP4转基因植株茎表皮细胞分析
观察植株生长时，注意到 35S:HA-OFP4植株
生长缓慢，植株较矮。即对生长 40 d时 35S:HA-
OFP4植株茎表皮细胞进行扫描观察，结果显示
35S:HA-OFP4植株细胞沿长轴方向缩短。因此可
以推测 35S:HA-OFP4植株变矮由细胞延长轴方向
缩短引起（见图9）。
A
A-Col；B-Atofp4-1
B
图3 25 d龄Col野生型拟南芥与Atofp4-1突变体表型
Fig. 3 Phenotypes of 25-day-old Col and
Atofp4-1 mutant plants
A-Col；B-35S:HA-OFP4；Bar=2 mm
A B
图4 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4植株子叶形态
Fig. 4 Cotyledon phenotypes of Col and
35S:HA-OFP4 plants
A-Col；B-35S:HA-OFP4；Bar=10 μm
图5 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4
植株子叶上表皮细胞
Fig. 5 Epidermal cell of cotyledon of Col and
35S:HA-OFP4 plants
A-Col；B-35S:HA-OFP4；Bar=5 mm
图6 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4植株幼苗表型
Fig. 6 Phenotype of seedling in Col and
35S:HA-OFP4 plants
A B
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东 北 农 业 大 学 学 报 第46卷
2.2.4 拟南芥35S:HA-OFP4转基因植株花表型分析
Col野生型与 35S:HA-OFP4植株培养过程中，
注意到35S:HA-OFP4植株花序发育时间晚于Col野
生型。因此，对生长 45 d的植株顶端花序表型进
行观察（见图 10A、B），结果显示与Col野生型相
比 35S:HA-OFP4花序中花柄长度明显缩短，花蕾
数目多，花朵数目少。对两种植株单朵花进行观
察，结果显示Col野生型拟南芥花蕾正常开放，花
瓣伸出萼片，萼片呈椭圆形（见图 10C）。与Col野
生型相比，35S:HA-OFP4转基因植株萼片变短，
整个花朵变小（见图10D）。
2.2.4.1 拟南芥35S:HA-OFP4转基因植株雌蕊表型分析
Col野生型拟南芥柱头表皮细胞沿纵轴明显呈
长形，细胞表面有褶皱，柱头乳突细胞较多（见图
11A）。35S:HA-OFP4柱头表皮细胞与Col野生型拟
南芥柱头表皮细胞相似，细胞沿纵轴方向明显呈长
形，细胞长度与Col野生型拟南芥表皮细胞近相等，
柱头乳突细胞与Col野生型表型相似（见图11B）。
A-Col；B-35S:HA-OFP4；Bar=1 cm
图7 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4
植株40 d龄植株形态
Fig. 7 Phenotype of 40-day-old Col and
35S:HA-OFP4 plants
**表示差异极显著（P<0.01）
** denote significant difference at 0.01 level
图8 Col野生型与35S:HA-OFP4植株40 d龄植株株高
Fig. 8 Aerial height of 40-day-old Col and
35S:HA-OFP4 plants
图9 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4植株
40 d时茎表皮细胞形态
Fig. 9 Phenotype of epidermal cell of 40-day-old
Col and 35S:HA-OFP4 plants
Col 35S:HA-OFP4
株
高（
cm）
Aer
ialh
eigh
t
30
25
20
15
10
5
0
A, B-植株生长45 d时顶端花序，
A-Col；B-35S:HA-OFP4； Bar=3 cm
C,D-植株生长40 d时顶端单花表型，
C-Col；D-35S:HA-OFP4；Bar=3 mm
A, B-Phenotype of inflorescence of 45-day-old plants；
A-Col; B-35S:HA-OFP4；Bar =3 cm
C,D -Phenotype of flower of 40-day-old plants；
C-Col; D-35S:HA-OFP4；Bar =3 mm
**
A-Col；B-35S:HA-OFP4；Bar=200 μm
A B
C D
图10 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4植株花表型
Fig. 10 Phenotype of flower of Col and
35S:HA-OFP4 plants
图11 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4植株柱头表型
Fig. 11 Phenotype of stigma of Col and 35S:HA-OFP4 plants
A-Col；B-35S:HA-OFP4；Bar=50 μm
B
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常 缨等：转录因子AtOFP4影响拟南芥表皮细胞的伸长第3期
2.2.4.2 拟南芥35S:HA-OFP4转基因植株雄蕊花药表型分析
对 35S:HA-OFP4植株雄蕊进行观察，随着花
器官发育，Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4植株
雄蕊也发生很大变化。Col野生型拟南芥花药呈背
着生，花粉囊呈心形，且正常纵裂释放花粉粒（见
图12A）。35S:HA-OFP4雄蕊形态与Col野生型拟南
芥有显著差异，花粉囊缩短，背面观呈肾型；花
药壁增厚，背着药，纵裂释放花粉粒（见图 12B）。
拟南芥花粉粒能够与柱头细胞进行识别，一旦花
粉粒被柱头识别，水合过程很快进行。成熟花粉
粒长形，三沟，花粉表面具网状纹饰；花粉水合
后近乎球形。对所取材料进行观察，这里仅例举
水合后花粉粒形态，观察结果表明 35S:HA-OFP4
转基因植株花粉粒与Col野生型拟南芥花粉粒形态
相似，水合后都呈球形，具三沟，花粉表面具网
状纹饰（见图13）。
2.2.5 拟南芥 35S:HA-OFP4转基因植株果实表型
分析
35S:HA-OFP4植株结实后，对其角果进行观
察，发现野生型拟南芥角果为正常饱满的长角果，
与野生型相比，35S:HA-OFP4转基因植株角果大
小形态发生明显变化（见图14A）。35S:HA-OFP4转
基因植株角果长度明显减小，饱满程度下降。为
探究如此瘦小的角果中可否产生正常种子，进一
步对其角果内种子形态进行观察，结果发现 35S:
HA-OFP4转基因植株种子与野生型种子相比其大
小形态并未发生明显改变，均为椭圆形饱满种子
（见图14B）。
b a
2.3 GA3梯度处理对35S:HA-OFP4植株表型的影
响
对在未添加外源GA3的1/2MS培养基上生长7 d
时的拟南芥幼苗进行观察，发现在没有外源GA3处
理时，Col野生型拟南芥下胚轴正常生长。与野生
型相比，35S:HA-OFP4转基因植株下胚轴生长较
慢，下胚轴较粗，较短。两者子叶叶柄长度也发
生变化，Col野生型拟南芥叶柄较长，而 35S:HA-
OFP4子叶叶柄较短（见图15A）。
为探究其下胚轴变短原因，对 35S:HA- OFP4
植株下胚轴进行显微镜观察。结果表明，35S:HA-
OFP4下胚轴表皮细胞在长轴方向上缩短，表明在
单位长度上细胞数量无明显增加，表明 35S:HA-
OFP4下胚轴变短因表皮细胞变短所致。进一步观
察到35S:HA-OFP4下胚轴表皮细胞长度仅为Col野
生型拟南芥表皮细胞1/2（见图16）；
正常条件下，7 d龄Col野生型拟南芥下胚轴最
长可以达到 2.3 mm，而 35S:HA-OFP4转基因植株
下胚轴最长为 1.7 mm，长度约为野生型的 74%。
随着GA3浓度增加，无论野生型还是35S:HA-OFP4
转基因植株下胚轴生长均加快，下胚轴长度均增
加（见图15）。
A-Col；B-35S:HA-OFP4；Bar=100 μm
图12 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4植株雄蕊表型
Fig. 12 Phenotype of stamen of Col and
35S:HA-OFP4 plants
图13 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4植株花粉粒表型
Fig. 13 Phenotype of pollen grain of Col and
35S:HA-OFP4 plants
A-Col；B-35S:HA-OFP4；Bar=5 μm
图14 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4植株果实形态
Fig. 14 Phenotype of fruit of Col and 35S:HA-OFP4 plants
A-植株角果形态；B-植株种子形态。果实和种子从
左至右依次为：Col，35S:HA-OFP4；标尺=1 mm
A- Silique; B-Seed；From left to right:
Col，35S:HA-OFP4；Bar=1 mm
A B
··55
东 北 农 业 大 学 学 报 第46卷
在GA3浓度为0.1 μmol · L-1时，野生型下胚轴
长度约增加6%，而35S:HA-OFP4转基因植株下胚
轴约增加21%（见图17）；在GA3浓度为1 μmol · L-1
时，野生型下胚轴长度约增加 14%，而 35S:HA-
OFP4转基因植株下胚轴约增加 37%，此时，35S:
HA-OFP4转基因植株下胚轴长度均值约为 2.3 mm
（见图 17），与自然状态下野生型下胚轴长度基本
相等，即在 1 μmol · L-1 GA3浓度下可使 35S:HA-
OFP4转基因植株下胚轴长度恢复正常；在GA3浓
度为10 μmol · L-1时，两种植株下胚轴仍然可以伸
长，只是伸长长度不很明显。此时，35S:HA-OFP4
转基因植株下胚轴仍短于 Col野生型，长度约为
Col野生型的 84%（见图 17）。相比较而言，35S:
HA-OFP4转基因植株下胚轴生长加快幅度大于野
生型拟南芥。即GA3对 35S:HA-OFP4转基因植株
下胚轴伸长的影响更为明显。
3 讨 论
转录水平调控是指一类称为转录因子的蛋白
质特异地结合到靶基因调控区的顺式作用元件
上，或调节基因表达强度，或控制靶基因的时空
特异性表达，或应答外界激素和环境胁迫 [12]。
AtOFPs转录因子是植物中特有的调控蛋白。AtOF⁃
Ps转录因子以蛋白家族的形式存在于拟南芥中，
其蛋白家族包括 18个成员。Wang等发现拟南芥
AtOFPs基因家族中，基因成员之间存在功能冗余
现象，将其分成 3个亚组[6]。近年学者主要集中于
对第Ⅰ亚组成员 AtOFP1的研究，已证实 AtOFP1
为转录抑制因子，定位于细胞核中，通过调控赤
霉素合成酶中一个关键基因AtGA20ox1的表达抑制
细胞伸长 [7]。AtOFP4与 AtOFP1同属于第Ⅰ亚组，
AtOFP4通过与KNAT7相互作用参与调节次生细胞
壁的形成 [5]。由于GA和细胞伸长有关联，而且已
有研究表明，AtOFP1与GA相关，对野生型与35S:
HA-OFP4转基因植株进行不同浓度GA3处理，探
究AtOFP4与GA3关系。认为比较传统但最具有说
服力研究基因功能的方法是利用基因敲除技术或
B
C D
A
从左至右：Col，35S:HA-OFP4；
A-D分别是拟南芥在含0、0.1、1、10 μmol · L-1
GA3的1/2MS培养基上下胚轴的生长；标尺=0.1 mm。
From left to right: Col，35S:HA-OFP4; A-D denote
hypocotyls of plants grown in 1/2MS plates supplemented with
various concentrations of GA3（0, 0.1, 1, 10 μmol · L- 1); Bar=0.1
mm.图15 GA3对Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4
植株下胚轴表型的影响
Fig. 15 Effect of GA3 on hycopotyls of Col and
35S:HA-OFP4 plants
图16 Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4
植株下胚轴表皮细胞
Fig. 16 Epidermic cell of hycopotyls of Col and
35S:HA-OFP4 plants
图17 GA3对Col野生型拟南芥与35S:HA-OFP4
植株下胚轴的影响
Fig. 17 Effect of GA3 on length of hypocotyls of
Col and 35S:HA-OFP4 plants
A-Col；B-35S:HA-OFP4；Bar=20 μm
Col 35S:HA-OFP4
下
胚
轴
长
度（
mm）
Hyc
opo
tys
leng
th
注：相同小写字母表示差异不显著，不同小写字母表示差异
显著（P<0.05）。
Note：The same letters denote no significant difference，different
small letters denote significant difference at 0.05 level.
0 μmol · L-1 0.1 μmol · L-1 1 μmol · L-1 10 μmol · L-13.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
三三三三
三三三三
三三三三
三三三三
三三三三
三三三三
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三三三
三三三
不不不
不不不
丁丁丁
丁丁丁
d c b
a
def
d
··56
常 缨等：转录因子AtOFP4影响拟南芥表皮细胞的伸长第3期
转基因技术[13]。本试验采取基因敲除与转基因技术
研究转录因子AtOFP4在植物生长发育过程中的功
能。结果表明经基因敲除获得的缺失突变体表型
与野生型很相似，几乎无特殊表型，再次验证
AtOFPs 基因家族中各基因之间功能冗余。而 35S:
HA-OFP4转基因植株表型发生很大变化。
3.1 拟南芥AtOFP4基因对细胞长度的调控
子叶在传统研究中被作为种子的一部分，近
年来植物发育生物学研究结果表明，子叶形态构
建是由不同基因控制的建成过程，与种子发育过
程调控基因不一致。例如拟南芥 Leafy cotyledon1
（lec1）突变体子叶失去储藏养分的功能，在形态上
表现出真叶的特征，但幼胚加以适当培养仍可发
育成正常植株[14-16]。因此本试验认为子叶形态调控
与营养叶形态调控应属同一范畴。
根据 35S:HA-OFP4转基因植株可使拟南芥子
叶由卵圆形转变成肾型，推测AtOFP4是子叶形态
建成的相关基因。经过对表皮细胞的观察，结果
发现表皮细胞在长轴方向上缩短导致细胞排列形
态发生改变，子叶长宽比显著降低，宏观表现为
子叶肾型。对 35S:HA-OFP4植株莲座叶进行表型
观察，结果显示叶面积变小，叶片发生褶皱。通
过分析推测 35S:HA-OFP4植株莲座叶形态改变由
细胞长宽比例改变引起。因此推测AtOFP4可能通
过改变细胞长宽比影响子叶及叶片形态建成。
植物细胞长度增加是植物茎伸长原因之一，
赤霉素最显著作用是促进茎伸长[17]。根据植物矮化
突变体对外源施加激素表现，将其分为激素缺陷
型和激素不敏感型两类[18]。本研究中35S:HA-OFP4
转基因植株与野生型相比，出现明显矮化现象，
转基因植株表现出来的这种矮化表型，对外源添
加的激素能够产生哪种反应呢？GAs 是一类生长
促进物质，对其功能的研究主要体现在突变体表
型上，当把 GAs生物合成过程中有关基因敲除
或过表达之后，会呈现出相应短或长的下胚轴表
型 [19 -20]。GAs家族中GA3对下胚轴生长作用较大，
内源GA3含量变化趋势与油菜下胚轴伸长趋势一
致，外施GA3能明显增加油菜幼苗下胚轴细胞长
度，促进突变体下胚轴伸长[21]。本试验中通过对茎
表皮细胞观察发现，35S:HA-OFP4转基因植株表
皮细胞长度明显短于野生型，推测茎的缩短可能
与表皮细胞沿长轴面上缩短有关。为进一步探究
转基因植株矮化是否与GA3有关，试验设计外源添
加不同浓度GA3对下胚轴影响的试验。试验结果表
明外源GA3对 35S:HA-OFP4植株下胚轴生长起到
补偿作用。这与Wang等对 AtOFP1研究结果一
致，即 AtOFP4与 AtOFP1在植物生长发育发面功
能相似。在GA3浓度为1 μmol · L-1时，转基因植株
下胚轴长度基本恢复到正常野生型，即AtOFP4蛋
白对植株下胚轴的影响类似于激素缺陷型矮化突
变体，通过外源施加GA3能够使其恢复野生型表
型，推测AtOFP4可能通过抑制GA3生物合成影响
下胚轴伸长。而本研究中 35S:HA-OFP4转基因植
株高度与野生型相比，明显下降，与GA3 生物合
成相关，抑制GA3 生物合成，使植物体内源GA3
含量降低，导致转基因植株矮化。
3.2 拟南芥AtOFP4基因对花器官生长发育的调
控
根据花器官发育的“ABC模型”，被子植物四
轮花器官的特征由A、B、C三类同源异型基因的
功能决定。每类基因均在相邻的两轮花器官中表
达，A类和C类基因相互拮抗。A类基因单独作用
决定萼片特征，A类和 B类基因作用决定花瓣产
生，B类和C类基因共同决定雄蕊形成，而心皮特
征由C类基因功能决定[22]。在拟南芥中，APETALA1
（AP1）和 APETALA2（AP2）属于 A类功能基因，在
第 1轮中产生萼片[23-24]。AP1 既是花分生组织的特
征基因，又是花器官的特征基因。在花分化初
期，其在整个花原基里表达；在花器官分化阶
段，AP1 在萼片和花瓣中表达[25-26]。决定花器官突
变体基因研究表明，除 AP2 外，所有与花器官发
育相关的功能基因都是转录因子，含高度保守的
DNA 结合结构域，属于 MADS-box家族。这些转
录因子与相应 DNA区域结合调控该基因转录[23-24]。
本研究中，AtOFP4是一个潜在的转录因子，而
35S:HA-OFP4转基因植株花的萼片短小，推测，
AtOFP4可能与AP1相互作用，调控萼片发育。
原位杂交检测花粉囊结果显示，OsGA3ox1 在
绒毡层有表达，表明GA 也具有调控花粉囊发育作
用[27]。拟南芥中GA20-氧化酶基因家族中有5 个成
员，即 AtGA20ox1、AtGA20ox2、AtGA20ox3、AtGA
20ox4 和 AtGA20ox5。AtGA20ox1 在茎和花序中表
达，AtGA20ox2在花序和发育中的荚果中表达，过
量表达GA20-氧化酶促进拟南芥提前开花[28]。研究
··57
（下转第73页）
东 北 农 业 大 学 学 报 第46卷
发现，AtGA20ox2 突变体表现出开花时间稍有延
迟，而GA20ox1GA20ox2双突变体表现为开花时间
显著延迟[29]。
根据本试验观察结果显示，35S:HA-OFP4转
基因植株花粉囊干瘪，可能与GA有关。为探究在
这种情况下，35S:HA-OFP4转基因植株能否正常
受精结实。经过观察，发现 35S:HA-OFP4转基因
植株受精结实，可产生种子（见图14B），种子可正
常萌发生长，但角果十分瘦小（见图14A），种子产
量很低。这可能与花粉囊干瘪相关。同一时期35S:
HA-OFP4转基因植株的花期迟于野生型（见图
10A）。这与Rieu等对拟南芥 ga20ox2 突变体研究
结果相似 [29]，即在 35S:HA-OFP4转基因植株中，
GA20-氧化酶基因表达受到抑制。推测AtOFP4通
过抑制GA合成过程中关键基因的表达，降低植物
体内GA含量，影响拟南芥花发育及其角果形成。
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