擬南芥避蔭突變體的克隆與突變基因的功能研究

《擬南芥避蔭突變體的克隆與突變基因的功能研究》是依託廈門大學，由陶懿擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：擬南芥避蔭突變體的克隆與突變基因的功能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陶懿
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

避蔭反應是喜陽植物為了躲避其他植物的遮蔭而誘導的以伸長生長為主的一系列反應。它涉及多種植物激素的協同作用和多個層面的調控，是一個複雜的信號轉導網路。對於密植的農作物，由於避蔭反應會調節能量由葉片和貯藏器官向可以伸長的莖和葉柄的轉移，同時誘導提前開花，降低結實率，降低抗病性，因而會導致作物減產。了解避蔭反應的機制，不僅可幫助我們研究植物在對逆境的應激反應中多種途徑的協同機制，同時將為輔助作物育種提供理論依據。. 在前期工作中，我們通過正向遺傳學的方法，以避蔭反應最主要的效應，伸長生長為篩選標記，篩選了一系列擬南芥避蔭突變體，並且克隆了重要的避蔭調控基因TAA1。在本項申請中，我們將首先通過表型分析對突變體進行分組，找出可能在新的調控基因上發生突變的突變體，克隆其突變基因，進而研究突變基因的生物學功能和在避蔭反應中的作用。我們的初步實驗結果表明，這些突變體中存在未知功能的基因的突變。

結題摘要

避蔭反應是喜陽植物為了躲避其它植物的遮蔭而誘導的以伸長生長為主的一系列反應。它涉及植物對外界環境變化的回響機制以及多種植物激素的協同作用，是研究植物信號轉導網路的良好的體系。同時，避蔭反應也是一個重要的農業性狀。密植作物一旦誘導避蔭反應會調節能量由葉片和貯藏器官向可以伸長的莖和葉柄的轉移，同時誘導提前開花，降低結實率和抗病性，進而導致作物減產。了解避蔭反應的機制，不僅可幫助我們研究植物在對逆境的應激反應中多種途徑的協同機制，同時將為輔助作物育種提供理論依據。 本項目中，我們通過正向遺傳學的方法，篩選避蔭反應相關突變體。通過對突變基因的克隆及其功能研究，我們期望獲得對避蔭反應機制更深入的了解。 通過四年的研究，我們克隆並研究了兩個避蔭突變基因SAV4和SAV6。 SAV4編碼一個未知功能基因，其編碼蛋白呈雙重定位：細胞膜和細胞核定位，並且膜定位蛋白極性定位於細胞上端，靠近莖尖的方向。進一步的研究表明SAV4可抑制生長素輸出蛋白ABCB1的轉運活性。鑒於SAV4在細胞膜上的極性定位，我們推測在避蔭反應過程中SAV4可特異性地阻斷生長素向莖尖方向的回流，從而達到促進生長素向下胚軸的運輸，引起遮蔭誘導的下胚軸伸長。該研究結果已發表於 Plant Physiology。 SAV6編碼擬南芥FLAP核酸內切酶，FEN1，的同源蛋白。我們證實了SAV6確實具有FEN1的多種酶活性，發現SAV6的突變影響了根尖分生組織的發育，sav6突變體對紫外線和導致雙鏈DNA損傷的誘變劑超敏感的表型等。我們提出在突變體中，持續的DNA損傷脅迫促進根尖幹細胞組織中心細胞的分裂，使其喪失幹細胞組織中心的特徵，從而影響根尖分生組織的發育。相關結果發表於Nucleic Acids Res。儘管SAV6間接影響了植物的避蔭反應，但是其突變表型說明維持穩定的基因組是避蔭反應發生的前提條件，反應了植物應對不同脅迫時的優先等級分配。