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在高等植物的生长发育过程中,叶是最重要的器官之一。因此,对叶起始的研究具有十分重要的意义。人们早在多年前就发现叶片是从顶端分生组织(SAM)起始的。随后,通过对模式植物拟南芥等突变体的研究,大量的基因家族被发现和叶片的起始、叶片形态结构的形成及叶的生长发育相关。首先,人们发现了叶形态发生的一个关键基因家族,classⅠKNOX基因家族表达的调控。通过该基因家族突变体及功能的研究,人们发现其他许多基因都与classⅠKNOX基因家族的表达以及这些蛋白调控有一定程度的联系,这些基因家包括ASYMMETRIC LEAVES1, AS2, BLADE-ON-PETIOLE1, SERRATA, PICKEL, FIE和CLF等等基因。其次,生长素极性的分布和运输是植物叶生长发育中的另一个关键因子(Reinhardt et al.2000,2003; Benkova et al.2003; Heisler et al.2005)。本实验室研究也发现了一个基因,SRS7,作为SHI基因家族中的一员,对classⅠKNOX基因家族的表达也有一定的调控作用。通过对过量表达的SRS7基因植株的研究表明,在这个植株的叶片中classⅠKNOX基因家族异位表达并且突变体叶的形态结构也发生了改变,向下卷曲的叶片变得向上卷曲了。本论文的研究工作还包括AtSRS7在拟南芥中的表达模式,过量表达AtSRS7植体SRS70X表型分析和下游因子等方面的研究。具体研究成果如下：1本实验室分离了SRS7基因,它是SHI基因家族中的一员,也是一个具有锌指结构域的蛋白。与其他成员相似的是,它们都具备两个保守结构域。SHI基因家族在拟南芥雄蕊,雌蕊以及叶的发育中都有一定作用,它们在功能上有一定程度的冗余。在SHI基因家族中只有styl-1单突变体具有一定的表型,其他基因的单突变体与野生型没有区别。但是对这个家族的多突变体进行研究发现,其他的家族成员能够加剧sty1-1突变体的表型(Sandra Kuusk et al.2006)。这个家族成员与植物激素之间也存在一定联系,如SHI过量表达突变体能影响GA信号途径的传递(Ingela Fridborg et al.2001)。STY1能调控生长素的平衡从而影响拟南芥雌蕊基顶轴的极性(Joel J. Sohlberg et al.2006)。2 SHI基因家族被发现在功能上具有冗余,并且在拟南芥的雌蕊,雄蕊及叶的发育中都有一定作用。过量表达的SRS7能够导致拟南芥叶的卷曲和矮小的表型。在这篇文章里研究了SRS7的表达模式,发现小苗阶段SRS7表达部位均在生长素富积的部位表达,这表明SRS7表达可能与生长素合成和运输相关。在拟南芥小苗时期,SRS7在叶片的排水孔和SAM区都有大量的表达。在成熟的花里面SRS7在植物的花瓣里面表达,而不在雌蕊和雄蕊里面表达,这与其他的SHI家族基因的表达模式并不相同；还发现SRS7在拟南芥的茎中也没有表达。分析拟南芥的幼苗结果表明,SRS7在拟南芥的根中没有表达,而在子叶中有一定程度的表达。3通过CaMV 35S启动子诱导SRS7基因的过量表达,能够导致植物叶中KNOX基因家族表达上调和生长素的平衡被改变。生长素在突变体材料中的分布发生了改变,在SRS70X的材料中,生长素在子叶中富积,而野生型子叶中生长素含量较低,而在下胚轴和根中野生型的生长素含量相对较高。在SRS70X材料中,成熟的叶片中生长素的含量较野生型有了比较大的提高。生长素主要分布在叶片的边缘,这可能是导致叶片向上卷曲的原因之一。与这个突变体类似,过量表达一个转录因子PTL也能导致生长素在叶边缘的升高进一步导致了叶片的上卷。利用KNAT2::GUS分析SRS7过量表达植株,发现KNAT2在叶片中异位表达了。而有研究表明KNAT2在叶里面的异位表达会导致叶片出现一定程度的上卷。从而,得出了一个结论,过量表达的SRS7能够通过上调KNOX基因家族的表达和改变生长素的平衡来影响叶的发育。4我们研究了过氧化氢酶基因家族的表达模式与蛋白酶活及其表型的相互关系。发现过氧化氢酶清除过氧化氢的部位和基因突变体表型存在相互关系。我们发现,CAT2主要在成熟的叶肉细胞里面表达,而CAT3主要在叶脉中表达,CAT1在成熟的叶片中无法检测到。我们构建了pCAT2::CAT3 pCAT3::CAT2转化cat2单突变体的转基因植株。发现pCAT2::CAT3能够回复cat2生物量降低的表型并能部分回复植物清除过氧化氢的酶活。而pCAT3::CAT2虽然能回复cat2的酶活但是对cat2的表型没有影响。所以,我们认为只有当叶肉细胞中的过氧化氢被清除时,才能回复cat2的表型,即cat2的表型是由叶肉细胞中过氧化氢含量升高导致的。通过上述研究,我们阐述了拟南芥中的转录因子SRS7基因在植物的发育过程中起着重要作用,它调控了植物叶的发育,影响叶片形态发生。并通过进一步研究表明,SRS7基因能影响KNOX基因家族和AUXIN的平衡。我们还确定了拟南芥过氧化氢酶家族的蛋白酶谱,探讨了过氧化氢酶时空表达和酶活特性对拟南芥植株发育的影响,进一步了解了过氧化氢酶的功能,对人们了解植物发育过程做出了一定的工作。