全 文 ：新脸农业科学 , 一
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粘液繁殖体植物抱茎独行菜
基因转化拟南芥的表型研究
贺转转 ,王文艳 ,黄代红 ,徐栋生 ,兰海燕
新挂大学生命科学与技术学院 ,新疆生物资源塞因工程重点实验室 ,鸟普木齐
摘 要 【目的】将过量表达典型粘液繁殖体植物抱茎独行菜 罗了` 基因 印罗罗 的转基因拟南芥株系表型
与野生型和突变体进行比较 ,为深人研究印罗丁` 基因的功能提供参考依据 。 【方法 】在体视显微镜下 ,通过
对拟南芥野生型 、 突变体及助 , , ` 基因过表达转基因株系的植株表型 ,幼苗叶表皮毛 、下胚轴和根毛以
及种子形态进行观察比较 。 【结果 】拟南芥 突变体与野生型和印 了` 过表达转基因型的幼苗在下胚轴
的颜色 、根毛着生方式 、真叶表皮毛等方面有显著差异 ,但后两者表型间无显著差异。 【结论】缺失 了犷` 基因
可导致拟南芥幼苗形态发生显著变化 ,但此基因过量表达不一定对拟南芥形态产生影响。
关键词 粘液繁殖体 抱茎独行菜理了` 基因 拟南芥 表型
中图分类号 伪 文献标识码 文章编号 一 一 一
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收稿日期 一 一
基金项目 国家自然科学基金项 目 国家教育部留学回国人员启动基金项目 创拓一
作者简介 贺转转 一 ,女 ,陕西人 ,硕士研究生 ,研究方向为植物抗逆分子生物学 , 一 。
通讯作者 兰海燕 一 ,女 ,教授 ,博士 ,研究方向为植物抗逆分子生物学 , 一 油翻 。
11期 贺转转等 粘液繁殖体植物抱茎独行菜 丁 基因转化拟南芥的表型研究
引 言
研究意义 抱茎独行菜 坤 诚 为十字花科 、独行菜属一年生荒漠短命植物 。在
其种子发育过程中种皮表层细胞可产生大量粘液质 ,此类种子被称为粘液繁殖体川 。粘液的存在对荒
漠植物种子的扩散 、萌发 、防御以及幼苗的生长等都具有重要的生态学意义 ,是适应荒漠环境的有效对
策之一 。 前人研究进展】目前 ,对十字花科具种皮粘液质的代表种一拟南芥 叩 她 的
种皮及粘液分泌细胞的结构 、粘液细胞的分化 、种皮粘液质的化学成分以及粘液质合成相关基因的调控
已经开展了较为深人和系统的研究 ,也已取得了较大进展 一。。已从拟南芥中分离到一些粘液质突变
体 ,这些材料对深人研究种皮细胞分化 、粘液质的生物合成及分泌的分子机制奠定了基础 。粘液质的合
成与释放是一个复杂的过程 ,涉及到许多调控 因子与相关功能基 因 川。 ” ℃ 哪 耐
脚 基因编码一个 一 蛋白 〔”」,它由许多结构相关 、功能不同的蛋白组成一个大家族 ,属于
一类转录因子 〔” ,该因子在大多数植物的主要器官均有表达 ,在信号转导 、细胞周期调控 、 剪接 、
囊泡运输和转录等方面行使重要功能 〔咚。在粘液质合成和释放过程中 ,刀℃ 是位于种皮分化及粘液
质产生调控途径的上游调控因子 〔 〕`。目前 ,对拟南芥 ” ℃ 基因的相关研究显示 ,该基因在各主要器官
中均有表达 。刀 在拟南芥种子种皮形成的初始阶段不发挥作用 ,但在粘液质分泌细胞形成过程中 ,
对维持细胞分化 、外种皮细胞质小柱的形成以及种子吸水后粘液质的释放等过程具有重要作用 〔, 〕。普
莉等 〔 研究发现口了` 可以和 ” 、跳 形成特异性的转录起始复合物 ,以激活靶基因 ,从而对拟南芥
外种皮的发育起到正向调控作用。同时 ,对拟南芥的 ` 突变体表型研究显示 ,它不仅影响外种皮分化
和种皮粘液质的产生 〔”, 吕〕,还可以调控叶表皮毛和根毛的形态发生 〔 ·`〕并调节幼苗 、 叶和茎中花青素
的合成 〔划 。拟南芥 够 突变体幼苗的叶和茎上没有 或少 表皮毛 种皮丧失花青素合成的能力变为
透明 产生更多的异位根毛等 。 本研究切人点 】前期研究显示 ,抱茎独行菜粘液种皮的发育过程及结
构与同科植物拟南芥具有明显差异 ,这可能暗示抱茎独行菜种子适应干早荒漠环境形成了独特的种皮
结构 ,因而对抱茎独行菜种皮粘液质及粘液种皮发育的细胞生物学过程进行研究 。 拟解决的关键问
题 】基于前期获得的抱茎独行菜 刀 基因 转拟南芥的过表达株系 ,通过对拟南芥野生型 、
峪 突变体及助刀℃基因过表达转基因株系的植株表型 、幼苗叶表皮毛 、下胚轴和根毛以及种子形态
进行比较观察 ,为深人研究抱茎独行菜 基因的功能提供参考依据 。
材料与方法
材 料
植物材料
拟南芥野生型 一 种子为本实验室繁殖 拟南芥 突变体购 自 击 “ 汕叩
, , 。助 ” ℃ 抱茎独行菜
乃 基因过表达转基因拟南芥株系种子由本课题组制备 。
材料处理
将拟南芥野生型 、, 突变体及助 基因过表达转基因拟南芥种子于超净工作台中以 表
面消毒液 无水乙醇 二 ,消毒 弃去消毒液 ,用无水乙醇清洗 次 ,于超净工作台
中晾干备用 。将以上三种已灭菌的种子播于 培养基上 , ℃春化 , 一 ℃培养 后将幼
苗移人花盆基质中 蛙石 珍珠岩 ,在 一 ℃, 光照 黑暗 ,湿度 一 的拟南芥
室中培养 。
方 法
拟南芥幼苗形态
选取拟南芥野生型 、 突变体及 助 了召 过表达转基因幼苗 ,在体视显微镜下观察幼苗的真叶表
2 0 5 0 新疆农业科学 卷
皮毛 、下胚轴颜色以及根毛的表型差异并拍照 。
拟南芥成株表型
对拟南芥野生型 、 突变体及助 了 过表达转基因植株及不同发育时期的角果进行观察 ,用数
码相机拍照 。
拟南芥种子颜色及形态
收获拟南芥野生型 、烤 突变体及 过表达转基因植株的种子 ,在体视显微镜下观察形态 、颜
色并拍照 。
结果与分析
飞 拟南芥野生型 、`够 突变体及 罗犷 过表达幼苗形态比较
比较拟南芥野生型 、 突变体及 ” , 过表达转基因幼苗的形态发现 , 突变体的下胚轴变
为乳白 图 , ,野生型和助 石 过表达转基因型呈浅绿 图 , , , 突变体的根毛上下
分布规则均匀 ,野生型和助 , ℃ 过表达转基因型根毛分布不均匀 ,即在根基部分布多 ,中下部分布少 。
从幼苗整体形态看 , 了 过表达转基因型株系幼苗与野生型无显著差异 。图
, 为野生型 , , 为 突变休 , , 为 印刀 荃因过表达株系
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, , 为幼苗 , , 为下胚轴 , , 为根
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图 拟南芥野生型 、 突变体及 过表达转基因幼苗表型比较
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体视显微镜对拟南芥真叶形态观察发现 , 突变体无表皮毛 图 , ,而野生型 助刀℃ 过表
达转基因型真叶有大量表皮毛 ,多数呈三分叉结构 图 , , , ,后两者在表型上无显著差异 。
11 期 贺转转等 粘液繁殖体植物抱茎独行菜 了罗召 基因转化拟南芥的表型研究
, , 为真叶及表皮毛情况 , , 为局部真叶及表皮毛情况 , 为野生型 , 为突变体 , 为幼叮 ` 过表达转基因型
, , , 川 , 一 诚 众 , 峪
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图 拟南芥野生型 、 突变体及 过表达转基因幼苗真叶表皮毛的观察比较
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拟南芥野生型 、 突变体及 过表达转基因植株表型观察
在种植过程中发现 , 突变体苗的成活率低且长势弱 ,多数苗在萌发后不久即白化死亡 。试验显
示 突变体成株矮小 图 ,植株绿色 ,茎纤细 ,叶稀少 ,很小就开始抽墓开花 ,角果数量少 相比之
下 ,野生型和助 ` 过表达转基因型植株生长旺盛 ,颜色深绿 ,茎较粗壮 ,基生叶较多 ,抽墓开花较晚 ,
结角果量大 图 , 。观察角果形态发现 , 突变体角果粗短呈棒状 ,且籽粒不饱满 ,常有空壳 图
野生型和 助 ,苍 过表达转基因型角果细长且籽粒饱满 图 , ,后两者间无明显差异 。图
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, , 为成株生长情况 , , 为不同发育时期的角果 为野生型 , 为突变型 , 为过表达转基因型
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图 拟南芥野生型 、 突变体及 过表达转基因植株及角果表型观察
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2 0 5 2 新疆农业科学 卷
综上结果可知 ,拟南芥 突变体的形态从苗期 、成株期及角果形态与野生型和助竹 过表达转
基因拟南芥均存在显著差异 ,而后两者的形态无显著差异 。
拟南芥野生型 、 突变体及 刀 过表达转基因种子形态观察
随机选取野生型 、突变体及过表达三种基因型的种子 ,在体视显微镜下观察比较其种子形状和种皮
颜色 。试验显示 ,野生型和 过表达转基因型种子种皮颜色较深 ,呈棕褐色 ,过表达的颜色稍浅 ,
籽粒比野生型饱满 图 , 而突变体的种子较小 ,颜色浅黄或绿 ,种皮透明 图 。图
, 野生型 , 够` 突变体 , 如 了` 过表达型
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图 拟南芥野生型 、 突变体及 了 过表达转基因型种子形态及种皮颜色的观察
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目前 ,对拟南芥 刀 基因的相关研究已较深人 ,该调控因子在植物主要组织中均有表达 ,调控着
许多性状 。有研究表明口 ` 基因作为种皮分化及粘液质产生途径的上游调控因子 〔 〕。研究结果显
示 ,拟南芥 突变体与野生型植株和助 了` 过表达转基因型的幼苗下胚轴的颜色 、根毛着生方式 、
真叶表皮毛等有变化 ,但野生型植株和助 苍 过表达转基因型间无显著差异 ,此结果说明缺失 了
基因可导致拟南芥幼苗形态发生变化 ,如根毛的着生方式 〔”洲 ,但此基因过量表达不一定对拟南芥形
态产生影响。前期类似的实验结果显示 , 过表达并不能使野生型拟南芥真叶表皮毛大量增
加 川 。因此结合实验的结果 ,一个可能的解释是拟南芥的发育是一个复杂的过程 ,受到大量功能冗余
基因所调控 ,因此增加途径中某一个基因的表达也许并不能导致显著的表型改变 。然而 ,对来自抱茎独
行菜的助刀 功能的深人研究还需通过进一步的功能补偿实验验证 。
结 论
尽管缺失 刀 基因可导致拟南芥幼苗和种子外皮形态及粘液质释放发生显著变化 ,但此基因过
量表达不一定对拟南芥形态产生影响。对印罗 ` 功能的深人研究还需通过进一步的功能补偿实验验
证 。
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