全 文 ：第 !" 卷 第 ## 期
$ % # $ 年 ## 月
林 业 科 学
&’()*+(, &(-.,) &(*(’,)
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收稿日期" $%#$ 4%" 4$!# 修回日期" $%#$ 4%6 4$#$
基金项目" %659&计划%木材形成的调控机制研究&项目’$%#$’7##!;%9( $
!卢孟柱为通讯作者$
利用基因芯片筛选影响茎分化的相关基因!
蒋:瑶#:戚晓利#!$:唐:芳#:赵树堂#:陈:军#:卢孟柱#
’#3林木遗传育种国家重点实验室:中国林业科学研究院林业研究所:北京 #%%%6##
$3佳木斯大学生命科学学院:佳木斯 #;!%%5(
摘:要! :顶端分生组织的分化影响茎及根的生长!从而形成具有不同形态的植株!拟南芥因其在适当条件下与木
本植物分生组织分化以及次生生长的共性而被运用到研究当中$ 花异常株系’,Z8-(由于 :DZ 表达的显著降低导
致分枝增多$ 用拟南芥基因芯片对 ,Z8-的幼苗进行基因表达分析!结果显示在临近抽薹期!,Z8-与野生型相比
有 ### 个变化倍数大于 $ 且 Ds%1%# 的基因# 其中大部分参与对外界环境及内源刺激的感知和应答!表明 :DZ 下
降可能是由于植株对内外环境刺激的过度反应所导致$ 从基因芯片中挑选出表达量变化显著的 $ 个基因!分别构
建相应的植物表达载体并转化拟南芥!其中 ,+#K;\9%% 基因的超表达植株及 ,+#K\;!6% 基因的抑制表达植株都
出现了多茎融合)真叶萌发延迟且生长缓慢的表型!并且转基因植株的基因表达变化趋势与性状强弱程度相对应$
上述结果初步表明这 $ 个基因能影响茎的分化并作用于最终的形态建成$
关键词" :基因芯片# 融合茎# 植物形态建成# 拟南芥
中图分类号! &5#"1!\& l6!91$:::文献标识码! ,:::文章编号! #%%# 45!"""$%#$### 4%%!$ 4%5
6$$3’.%1’")"*U,),.B’$’)-.&,,)’)C 1B,-1,#/’**,&,)1’%1’")MS,3%1,5U,),(
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67(1&%.1" :+SA=SA/> A>O0IB>RBFSQ C//SQB2B0/EDB>S! =>Q SSD/CEBFAF3
(> S’50’1’ T=FIFBQ S/A>2BFSAH=SBSQ=CLHC/TS< NBR=IFBAS<=FFADA0=CDBCAFSBD
QAOBCB>SA=SA/> =>Q FBR/>Q=CLHC/TS< =FT//QLFEBRABFQ/3,> ,N>/CD=0Z0/TBC8B2B0/EDB>S-A>B’,Z8-( EC/QIRBFD/CB
NC=>R /O:DZ3+BRSAOLSSA=0L
BVECBFFBQ HB>BFA> SQ SBFTHBFTBCBD/CBS<=> ST/O/0QF
’Ds%1%#( A> SH3[/FS/OSBFTBCBA>2/02BQ A> CBFE/>FBFS/SA>SBC>=0=>Q S2AC/>DB>S=0FSADI0=SA/>F3(ST=FA>QAR=SBQ S<=SCBQIRSA/> A> :DZ BVECBFFA/> /O,Z8-T=FQIBS/SBVRBFFA2BCBFE/>FBS/SF3+T/HB>BFTAS< CBD=CP=N0BR<=>HBFA> S TBCBR OC/D SHB>BR=0LFAF! S 2BRS/CFTBCBR/>FSCIRSBQ! =>Q SFOBCCA>HS/:*’(0/)E909+>’50’1’ 2A=
K.9#%#3+ SC=>FE0=>SF/O,+#K;\9%% =>Q SFE0=>SF/O,+#K\;!6% F/SLEB/O
DI0SA?FSBDFFS=RPBQ /CR=BFEAS/FBFSBDF3(> =QQASA/>! SST=FE/FSE/>BQ3+BBVECBFFA/> A>
SFHB>ARE0=>SFT=FDB=FICBQ NLh+?kY’h! =>Q SBFA> QAOBCB>S0A>BT=FR/A>RAQB>RBTAS< SE/SLEB3cICCBFI0SFA>QAR=SBQ S<=SSBFT/I0Q NBCB0=SBQ S/SS=>Q QAOBCB>SA=SA/> /OSQ
E0=L=C/0BA> SSD/CEBFAF3
8,2 9"&5(" :HB>BRSD/CEBFAF# :*’(0/)E909+>’50’1’
::植物个体的发育在形成种子时!新一代的植株
就已经完成了形态学上的初步分化$ 种子在适宜的
条件下经过一系列的生长发育!成为具有根)茎)叶
的幼苗 ’8/BC>BC! #666# &IFFBV! #6"6($ 这一过程
涉及到复杂的细胞分裂)组织分化和器官发生的生
物学过程$ 原分生组织衍生出维管植物根和茎的顶
端分生组织形成了顶端生长点$ 茎尖顶端分生组织
’&,[!F增殖和分化之间的平衡不断地产生地上器官!是植
物生长发育最基本的活动之一$ 对 &,[的研究已成
:第 ## 期 蒋:瑶等" 利用基因芯片筛选影响茎分化的相关基因
为发育生物学的研究热点’M=Q=2$+’53! $%#%(!该领
域研究不仅解释了对 &,[的分子调控机制!也为叶)
花及茎的器官发育机制奠定了基础’ZA>0=LF/> $+’5B!
$%#%($ 顶端分生组织的形成与分化不仅受到复杂基
因网络的调控!外界的各种环境刺激以及体内激素也
能影响分生组织的分化’K/>H$+’5B! $%%;($
近年来基因芯片应用广泛!可实现自动)快速)
平行地检测样品中上万基因的表达情况!并能检测
基因间的互作!寻找新的功能基因$ &BPA等’$%%#(
利用拟南芥 ’:*’(0/)E909+>’50’1’(基因芯片鉴定到
#6 个低温诱导基因和 66 个失水诱导基因!其中 "
个低温诱导基因和 99 个失水诱导基因是以前没有
报道过的# #$ 个压力诱导基因被鉴定是 8h)7#,
的靶基因!其中 \ 个是新基因$ 基因芯片还被运用
于检测突变体!并以此来确定某些特殊性状$
.0=R=FA/F等’$%%9(利用基因芯片研究了拟南芥
的功能基因 ’/’\(和 2=1]!并分析了这 $ 个基因的
+?8*,突变体在生长发育中表现出的多重表型$
除此之外!利用拟南芥来研究其他木本植物基因功
能已成为一种常用的研究手段!@=>H等’$%%6(用
拟南芥全基因组基因芯片分析了毛白杨次生维管再
生系统发育过程中不同时期的基因表达谱!并利用
相应基因的拟南芥突变体进行功能研究!充分利用
了拟南芥生长周期短)突变体资源丰富的优势$
本课题组在筛选木材形成相关基因的拟南芥突
变体时得到了一个株系 ,N>/CD=0Z0/TBC8B2B0/EDB>S
-A>B’,Z8-(!该植株的表型并不是由 +?8*,插入的
基因导致’lA$+’5B! $%##($ ,Z8-株系的花器官发育
异常!并且少数个体带有融合茎表型!基因表达分析
结果显示该株系中 :DZ 的表达量下降了约 6\ 倍!与
:DZ 相拮抗的 -8&Z 基因表达量上升了 !1\ 倍’未发
表(!因此花分生组织转变成花序分生组织!,Z8-的
融合茎可能是由顶端分生组织分化异常所导致的$
但是 ,Z8-中 :DZ 并没有发生基因突变!而是在表达
水平上受到调控’lA$+’5B! $%##(!,Z8-的突变表型
是由 :DZ 下降引起的$ 本研究以野生型拟南芥为对
照!对 ,Z8-进行了全基因表达谱分析!并从差异表
达基因中挑选了 $ 个候选基因进行研究!从而筛选出
对分生组织的建立与分化有重要作用的新基因!为揭
示顶端分生组织的机制以及探讨花发育与茎发育之
间的关系提供了研究基础$
#:材料与方法
:;:<材料
#1#1#:试验材料:野生型拟南芥及拟南芥花异常
株系 ,Z8-的种子来自于拟南芥突变体资源中心
’+H<=D ,C=NAQ/EFAF&S/RP ’B>SCB!*,&’(!
两者均为 -$*9型拟南芥$ 基因芯片采用 ,OLDBSCAV
公司 的 拟 南 芥 ,+J#?#$#;%# 全 基 因 组 芯 片$
K=SBT=L中间载体 E8c*h$$$1# 及 K=SBT=L表达载
体 E[89$)EJ5K由中国林业科学研究院陈军副研
究 员 提 供$ 农 杆 菌 ’ :2*)(’=+$*04; +4;$,’=0$19(
K.9#%# 均由中国林业科学研究院林木遗传育种国
家重点实验室保存$
#1#1$:试剂:R8*,合成与纯化及 Rh*,合成与纯
化试剂盒均购自 ,OLDBSCAV公司# YCADB&+,h+[
J& 8*,Y/0LDBC=FB)+=g=h=C+=k 等 8*,聚合酶及
定量试剂的 &M7h’ YCBDAV)U +=k+[ & 购自
+,g,h,公司# h*B=FL’ E0=>S[A>AgAS试剂盒)
h*=FB?OCBB8>=FB试剂盒)Y’h产物回收试剂盒
l(,kIARP KB0)VSC=RSA/> gAS)质粒小量提取试剂盒
l(,ECBE &EA> [A>AECBE gAS均购自lA=HB> 公司# 反转
录试剂盒 &IEBCFRCAES(((ZACFS?FSC=>Q gAS)K=SBT=L’ 7Y
’0/>=FB’ )>XLDB[AV及 K=SBT=L’ -h’0/>=FB’
)>XLDB[AV购自 (>2ASC/HB> 公司# 限制性内切酶购
自 *)7公司# g=>=DLRA>!&EBRSA>/DLRA> 及 &A0TBS?55
购自 &AHD=公司!JLHC/DLRA> 购自 hc’J)公司$ 其
他的常用化学试剂均为分析纯级$ 引物由上海英骏
公司合成$
:;=<研究方法
#1$1#:拟南芥种植及取材: 将野生型拟南芥及
,Z8-的种子用 5;e酒精灭菌!播种在 #b$[& 培养
基上!一半播种野生型!一半播种 ,Z8-$ ! o暗培
养春化 9 天!移至 ’$$ t$( o!#\ < 光照b" < 暗培
养!光照条件为 ##% (D/0+D4$ F4#的培养箱中$ 待
植物长至约 #% 片真叶时!取用整株去根幼苗为材
料!每组取材各 #%% DH!重复取材 $ 组$
#1$1$:h*,提取$R8*,和 Rh*,的合成及纯化:
取用 #%% DH拟南芥幼苗为材料!迅速投入液氮中并
研磨成粉末!h*,的提取按照总 h*,提取试剂盒
h*B=FL’ E0=>S[A>AgAS的操作说明书进行$ 按照
,OLDBSCAVc>B?RLR0BR8*,&L>S合成第 # 链 R8*,!并以此为模板合成第 $ 链
R8*,! 利 用 ,OLDBSCAVKB>B’IE
[/QI0B纯化 R8*,!并以纯化后的 R8*,为模板反
转录 Rh*,!该步骤依照 KB>B’HgAS
试剂盒说明书进行操作!检测 Rh*,质量并进行片
段化!变性胶检测 Rh*,片段化结果$
#1$19:芯片的杂交$洗涤及扫描:芯片的杂交)洗
涤及扫描均按照 ,OLDBSCAV的真核生物杂交流程进
9!
林 业 科 学 !" 卷:
行!芯 片 杂 交 试 验 设 $ 次 重 复$ 用 ,OLDBSCAV
JLNCAQAX=SA/> c2B> \!% 及 ,OLDBSCAVZ0IAQARF&S=SA/>
!;% 进 行 芯 片 杂 交! 采 用 ,OLDBSCAVKB>B’&R=>>BC9%%% 进行基因芯片扫描!获得信号值后根
据内标噪点等进行均一化处理$ 芯片数据通过
,OLDBSCAV[ARC/=CC=L&IASB.BCFA/> ;1% 进行处理!应
用 K’c& 软件将芯片信号转变成数字信号!并对通
过筛选条件的探针进行基因注释和功能分类!采用
公共 数 据 库 所 提 供 的 分 析 软 件 ’ =OLDBSCAV3R/Db=>=0LFAFbA>QBV3=OV# =NRR3>RAORCO3H/2bFIDD=CL3WFE( 进行分析$
#1$1!:载体构建及植物侵染$检测:从基因芯片结
果中挑选出 $ 个显著差异表达的基因!并构建相应
的植物表达载体!在 ,Z8-芯片分析结果中表达量
上升的基因构建超表达载体!而表达量下降的基因
则构建抑制表达载体$ 根据 +=AC网站发表的基因
全序列!分别设计 ;/端带有 ’+.序列的引物进行目
的基因片段扩增$
按照(>2ASC/HB> 公司K=SBT=L7Y’0/>=FB)>XLDB
[AV试剂说明书进行 7Y反应" 混匀目的片段 Y’h
产物及入门载体 E8c*h$$$1#!室温酶反应过夜!转
化并筛选阳性克隆!Y’h检测后送至上海英骏公司
测序$ 提取测序正确的阳性克隆质粒!用 [-i(单
酶切线性化后进行 -h反应" 混合 7Y线性化产物
及表达载体 E[8’9$ 或 EJ5K!目的片段在 +cYc酶
的作用下插入到表达载体的 ’+h序列间!转化并筛
选阳性克隆!提取质粒进行 Y’h及质粒大小检测#
将植物表达载体通过电击法导入农杆菌 K.9#%# 的
感受态菌株中!抗生素筛选并用 Y’h检测阳性转
化子$
按照 ’0/IH< 等’#66"(发表的花浸法转化野生
型拟南芥!将 +#代转基因拟南芥种子用含有 $; DH+
D-4#潮霉素的 #b$[& 培养基进行抗性筛选!大约 $
周后将阳性植株移至土壤中!长至临近抽薹时提取
莲座叶基因组 8*,并对插入的目的基因进行 Y’h
检测$
#1$1;:基因表达分析:对野生型拟南芥及转基因
植株进行基因表达分析!设计并合成目的基因及内参
基因:3-?K\ 的定量引物$ 分别以野生型及转基因植
株的莲座叶为材料!提取总 h*,并转录成第 # 链
R8*,!操 作 同 #1$1$$ 按 照 &M7h’ YCBDAV)U
+=k+[&使用说明进行 hB=0?SADBY’h!以稀释 $; 倍
的第 # 链R8*,为模板!采用 \% o退火!重复 !% 个循
环的两步法!并用相同退火温度进行溶解曲线扩增$
每种样品重复 9 次!每次做 ! ‘\ 个技术重复$
$:结果与分析
=;:<6I/N表型’总 SL6及芯片杂交质量分析
,Z8-拟南芥与野生型相比较主要差异表现在
花瓣缺失’图 # ’(!有强烈的花序!整株的形态饱满
紧凑’图 #7(!并且有少数个体出现了多主茎同时从
莲座叶中萌发或者多茎融合的表型’图 #’! 8(!这
些植株往往能形成更多的分枝$
用 ,HA0B>S$#%% 7A/=>=0LXBC检测野生型拟南芥
及 ,Z8-的总 h*,质量’图 $,(!结果表明总 h*,
质量合格!可用作下一步 Rh*,的制备$
本试验采用的 ,+J#?#$#;%# 全基因组芯片中
加入了内参基因" "?=RSA>)K,Y8J!杂交对照 NA/7)
NA/’)NA/8和 RCB!Y/0L?,对照 0LF)E7$ c0AH/YBCO/CD=>RB$ 在芯片杂交后整张芯片的扫
描图像呈现四周呈明暗交替的状态!并且左上角的
芯片名称清晰可见’图 $7($ 平均背景值的数值在
$% ‘#;% 之间!内参基因 "?=RSA> 及 K,Y8J探针组
的 9/b;/比值大于 9!该指标说明 h*,以及试验的
质量达标$ 杂交后能检测到杂交对照和 Y/0L?,对
照的信号并且均呈递增趋势!说明芯片的杂交)洗涤
以及扫描合格$ 样品表达 D值)芯片的背景平均值
以及噪点值均在适当的范围内!芯片数据可用于后
续分析$
=;=<苗芯片差异表达基因分析
整合重复样品的芯片数据!结果显示野生型
拟南芥与 ,Z8-的数据聚类具有明显差别 ’图
9,( !在幼苗芯片中共得到了 $$ "## 个探针的表
达信息!从芯片数据的散点分布图 ’图 97(可得
知" 在野生型拟南芥和 ,Z8-中大部分的基因表
达水平相似!! 对线分别代表变化倍数为 $!9!#%!
9%!对角线上下方的数据分别代表表达上升和表
达下降的基因$
对苗芯片中显著差异表达的基因进行统计’图
9’!8(!其中 Ds%1%;!变化倍数超过 $ 倍的基因有
#65 个!表达量上升的有 65 个!表达下降的有 #%%
个# Ds%1%#!变化倍数超过 $ 倍的基因有 ### 个!
其中上调的有 \5 个!下降的有 !! 个$ 差异表达基
因的变化倍数主要集中在 t$ 倍的范围内!该部分
变化的基因数目在 Ds%1%; 以及 Ds%1%# 分别达
到总数的 5"1#5e和 5%1$5e!基因表达变化范围在
4\15\" 9\ 倍至 "1%9; 9$ 倍之间$
将 ,Z8-幼苗芯片中表达差异极明显的基因
’Ds%1%#(进行 Kc分类!从参与的生物过程进行
了 分 析 ’ 表 # ($ 在 8,.(8 网 站 ZI>RSA/>=0
!!
:第 ## 期 蒋:瑶等" 利用基因芯片筛选影响茎分化的相关基因
,>>/S=SA/> 在线分析软件中导入芯片数据中差异表
达基因的,K(号’JI=>H$+’5B! $%%"# & $+’5B!
$%%6(!输出结果中有一部分基因没有被分类 ’*/
多项的统计$
图 #:野生型拟南芥),Z8-整株形态及 ,Z8-
融合茎表型
ZAH3#:+/SLEB/OSQ ,Z8-!
=>Q S,3野生型拟南芥 +’50’1’#
73,Z8-# ’!83,Z8-中的融合茎表型
+表 # 显示 ,Z8-幼苗芯片分析结果中极显著
差异表达基因主要参与了以下生物学过程" 对于外
界环境刺激的感应和应答!如氧气压力)温度)红光
等光刺激应答# 对日昼节律的感知和应答# 对水
分)盐及渗透压的应答以及对碳水化合物)无机物)
有机物)金属离子的应答# 对茉莉酸)脱落酸)乙烯
和赤霉素等内源激素应答$ 此外还有部分基因参与
了多糖)淀粉)碳水化合物以及葡聚糖的代谢过程!
差异表达基因大部分参与了对外界及内源刺激感知
和应答$
图 $:野生型及 ,Z8-的总 h*,质量检测)杂交芯片
ZAH3$:+ /OSQ SB
R>A>HO/CRC/FFA>HFAH>=0
-" [=CPBC#,$!,9"花的总 h*,+/S=0h*,/OO0/TBC#
,;!,\"苗的总 h*,+/S=0h*,/OFBBQ0A>H3
图 9:基因芯片数据整合及分析
ZAH39:+SBHC=SA/> =>Q =>=0LFAF/OSBR,3野生型及 ,Z8-芯片数据聚类#73,Z8-芯片数据散点图#’3,Z8-芯片数据变化倍数及数量#83,Z8-中变
化倍数大于 $ 且 Ds%1%# 的数据图$ ,3+ TA0Q?SLEB=>Q ,Z8-# 73&R=SBCHC=E< /O
,Z8-# ’3+HB=>Q =D/I>S/OQAOBCB>S0LBVECBFFBQ HB>BF# 83+ /OSQ
Ds%1%# A> ,Z8-3
;!
林 业 科 学 !" 卷:
表 :<苗的芯片中变化倍数大于 = 的极显著
基因参与的主要生物过程分类
+%7>:#= %)52]^ ;^: ’)(,,53’)C "*6I/N
分类
+BCD
数量
’/I>S
比例
YBCRB>S’e(
D
应答温度刺激
hBFE/>FBS/SBDEBC=SICBFSADI0IF
#; #91; #1\)4%"
应答非生物刺激
hBFE/>FBS/=NA/SARFSADI0IF
$; $$1; !1")4%"
低温应答
hBFE/>FBS/R/0Q
#$ #%1" #1#)4%5
应答渗透胁迫
hBFE/>FBS//FD/SARFSCBFF
## 616 %1%%% ##
盐胁迫应答
hBFE/>FBS/F=0SFSCBFF
#% 6 %1%%% 9
应答糖类刺激
hBFE/>FBS/R=CN/5 \19 %1%%# #
应答无机物刺激
hBFE/>FBS/A>/CH=>ARFINFS=>RB
## 616 %1%%# $
应答镉离子
hBFE/>FBS/R=QDAIDA/>
" 51$ %1%%9
应答有机物刺激
hBFE/>FBS//CH=>ARFINFS=>RB
#\ #!1! %1%%9 #
应答干旱
hBFE/>FBS/T=SBCQBECA2=SA/>
\ ;1! %1%%9 5
应答水胁迫
hBFE/>FBS/T=SBC
\ ;1! %1%%! 应答光刺激
hBFE/>FBS/0AH6 "1# %1%%; 6
应答辐射
hBFE/>FBS/C=QA=SA/>
6 "1# %1%%5 $
应答金属离子
hBFE/>FBS/DBS=0A/>
" 51$ %1%%5 $
应答内源刺激
hBFE/>FBS/B>Q/HB>/IFFSADI0IF
#9 ##15 %1%##
应答激素刺激
hBFE/>FBS/BFSADI0IF
#$ #%1" %1%#5
应答脱落酸刺激
hBFE/>FBS/=NFRAFAR=RAQ FSADI0IF
\ ;1! %1%$应答氧气压
hBFE/>FBS//VAQ=SA2BFSCBFF
\ ;1! %1%$5
=;@<载体构建’转基因植株表型及基因表达分析
在苗芯片结果中挑选了 $ 个表达量变化超过 $
倍及在分生组织中表达的基因’表 $(!并做了进一
步的研究$
根据 ,Z8-中基因表达的变化趋势!运用
K=SBT=L技术分别构建了基因超表达载体以及沉默
表达载体’图 !,! 7(!通过花浸法转化野生型拟南
芥! 其 中 经 Y’h 鉴 定 得 到 了 #" 株 超 表 达
,+#K;\9%% 的转基因植株以及 \% 株基因沉默
,+#K\;!6% 的转基因植株$
表 =<= 个差异表达的基因信息
+%7>=<+B,’)*"&#%1’")"*1B,= C,),(.B"(,)
*&"#1B,C,),.B’$
编号
*/3
变化倍数
Z/0Q?R<=>HB
D 推测的功能
,>>/S=SA/>
,+#K;\9%% ;1\;" %; %1%%% #6
含有 8*,j域并能结合热激蛋
白!在成熟的花药及花发育后
期的花瓣中高表达
J=2B=8*,jQ/D=A>! NA>QA>H
S! <=2B=
A> S =>Q
S,+#K\;!6% 4$1;#6 !6 %1%%# 9#
功能未知的基因!主要在莲座
叶)茎生叶)子叶及茎尖分生组
织中高表达
i>P>/T> HB>B! D=A>0LBVECBFFBQ
A> SB! R/SL0BQ/>
=>Q F,+#K;\9%% 及 ,+#K\;!6% 转基因植株的花器
官几乎与野生型拟南芥无异!但是分别有 \ 株及 ##
株表现出联体茎或丛生茎的表型!并且其真叶萌发
与野生型拟南芥相比明显延后$ 从中挑出茎融合表
型不同强弱的植株!其表型如图 ; 所示" 强烈的融
合茎从主茎下部就出现多条茎相互融合!并且还能
再次分成二级融合茎!形成了一分为二)二分为四的
指数分化模式’图 ;7!K(!这些融合的茎并没有表
现出主次关系# 表型稍弱的植株则在茎中部才能出
现明显的融合茎!且不能形成更高级的融合茎 ’图
;,! Z(# 表型最弱的植株则只在主茎靠近顶端处形
成了不明显的融合茎’图 ; 8(!表型稍弱的植株则
在主茎中部形成了较明显的融合茎’图 ;)($
选取不同强度的融合茎植株以及表型正常的转
基因植株进行基因表达分析!其基因表达情况如图
;(!j所示!由图可知在 ,+#K;\9%% 超表达转基因株
系中!表现出连体茎的植株中 ,+#K;\9%% 基因表达
量比正常茎的要高 $ 倍以上!并且连体程度越高的
表达量越高# 反之!在 ,+#K\;!6% 抑制表达转基因
植株中!连体茎植株的 ,+#K\;!6% 基因表达量比正
常茎的表达量低 9 ‘\ 倍!连体程度越高的植株基因
表达 量 越 低$ 由 此 可 见! 在 拟 南 芥 中 超 表 达
,+#K;\9%% 基因或抑制 ,+#K\;!6% 基因的表达都
能引起融合茎的表型!且表型强弱程度与基因表达
量相一致$
9:讨论及结论
本课题前期在利用拟南芥突变体筛选木材形成
相关基因的研究中得到了伴有多茎融合表型的花异
常株系 ,Z8-$ 本试验运用基因芯片对 ,Z8-进行
了全基因表达谱分析!芯片数据显示表达差异明显
\!
:第 ## 期 蒋:瑶等" 利用基因芯片筛选影响茎分化的相关基因
图 !:超表达载体’,(和 h*,A沉默载体’7(
ZAH3!:+
FSCIRSA/> /O/2BC?BVECBFFA/> ’,( =>Q h*,A2BRS/C’7(
图 ;:超表达及沉默表达的转基因植株表型及相应基因的定量分析
ZAH3;:+/SLEB/OSFHB>ARE0=>SF<=CN/CA>HS,4’3,+#K;\9%% 的超表达转基因植株#84J3,+#K\;!6% 的抑制表达转基因植株#(3,+#K;\9%% 转基因植
株的基因表达分析#j3,+#K\;!6% 转基因植株的基因表达分析$ ,4’3+FE0=>SF/O/2BCBVECBFFA/>
,+#K;\9%%# 84J3+FE0=>SF/Oh*,A,+#K\;!6%# (3+ =>=0LFAF/OS
/2BCBVECBFFA/> E0=>SF# j3+ =>=0LFAF/OS h*,AE0=>SF3
的基因主要参与感受外界刺激并作出应答的生物过
程!这些刺激包括温度)光线)水分)盐分胁迫以及内
源激素等!另外还有一些基因参与了多糖)淀粉)碳
水化合物以及葡聚糖的代谢过程$ 推测 ,Z8-突变
表型的形成与多种外部环境及内源刺激有关!植物
在抽薹前感应外界环境及内源刺激因子的刺激并产
生响应信号!整合的生物信号进一步影响顶端分生
组织的分化!最终形成特定的发育模式$ 整个过程
受多条调控途径相互制衡!因此某个’些(途径的改
变会导致异常植株表型$
5!
林 业 科 学 !" 卷:
在 ,Z8-花序中 :DZ 的表达量下降最显著!达
到了约 6\ 倍’lA$+’5B! $%##(!这是导致其产生多级
花序的主要原因!在研究 :DZ 与 8J& 以及 3:& 的相
互作用时也出现了相似的表型 ’ZBCC|>QAX$+’5B!
$%%%($ :DZ 启动子元件预测结果表明!在其启动子
内存在许多受到环境调控的作用元件$ 如水分胁迫
的应答因子# 应答光质)光周期等条件的调控元件#
受到 ,7,)K,以及乙烯诱导的调控因子以及盐胁
迫)金属离子胁迫)糖代谢诱导等应答因子都参与了
:DZ 表达的调控$ ,Z8-抽薹前的幼苗芯片结果显
示 ,Z8-中许多对环境刺激应答的基因表达水平都
发生了改变!因此推测 ,Z8-在幼苗期对外界刺激
产生不同于野生型拟南芥的应激信号!而这些信号
整合后抑制 :DZ 的表达!最终形成了多分枝的
表型$
从芯片中从挑选出 $ 个差异表达基因!其中
,+#K;\9%% 基因的超表达植株以及 ,+#K\;!6% 基
因的抑制表达植株均出现了多茎融合或丛生的表
型!连体茎表型强弱程度与基因表达水平相一致$
其次!在转基因植株萌发真叶时也表现出明显延后!
这说明了 ,+#K;\9%% 以及 ,+#K\;!6% 的异常表达
可能通过影响茎尖分生组织的分化来改变茎的形
态$ 有研究表明在胚胎发育时期形成的茎尖分生组
织以及胚后发育过程形成的腋分生组织决定了茎的
整体形态和结构’8/QFT/CS织分化初期!细胞分化功能受到影响就会造成茎的
分化紊乱’ZA>0=LF/> $+’5B! $%#%(!因此推测这 $ 个
基因在调节茎的分化上有重要的作用$
本研究利用基因芯片对抽薹前 ,Z8-幼苗进行
了基因表达分析!发现了一批显著变化基因均参与
了应答外界刺激的生物过程!其中 ,+#K;\9%% 以及
,+#K\;!6% 两个基因的转基因植株在真叶萌发以
及茎发育上表现出异常!它们很可能通过破坏分生
组织的分化来影响茎的发育和整株的形态$ 因此!
从花异常株系中筛选与组织分化及茎发育相关的新
基因!不仅为发掘花发育与茎发育之间的联系以及
推动研究木本植物同源基因的表达模式和功能打下
基础!也为树木形态建成的研究提供依据$
参 考 文 献
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!责任编辑:徐:红"
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