【摘 要】
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BBM(BABY BOOM)是植物AP2/ERF转录因子家族成员之一,在植物细胞增殖和体胚发生等重要生物学过程中的发挥关键作用。光皮桦(Betula luminifera)系桦木科桦木属落叶乔木,因其材质优良,童期短等优点成为林木遗传研究的理想材料。本研究基于基因组和转录组数据,利用生物信息学方法对光皮桦AP2/ERF基因家族进行了鉴定,并克隆获得了Bl BBM基因;分析了该基因在种子不同发育阶段
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BBM(BABY BOOM)是植物AP2/ERF转录因子家族成员之一,在植物细胞增殖和体胚发生等重要生物学过程中的发挥关键作用。光皮桦(Betula luminifera)系桦木科桦木属落叶乔木,因其材质优良,童期短等优点成为林木遗传研究的理想材料。本研究基于基因组和转录组数据,利用生物信息学方法对光皮桦AP2/ERF基因家族进行了鉴定,并克隆获得了Bl BBM基因;分析了该基因在种子不同发育阶段、种子萌发过程及生长素处理后的表达模式,同时利用农杆菌介导的方法,在杨树和光皮桦中对其功能进行了研究,为深入解析Bl BBM基因调控体胚和不定根形成的机制提供了重要基础。主要研究结果如下:1.在光皮桦基因组中鉴定获得51个AP2/ERF基因,可分为AP2、RAV、DREB和ERF 4个亚家族,其中17个基因属于AP2亚家族,2个基因属于RAV亚家族,DREB和ERF亚家族则分别包含21个和11个基因。表达的组织特异性分析显示多数光皮桦AP2/ERF基因的表达呈现较强的特异性,其中有5个基因只在单个组织或器官中表达,比如Bl BBM只在根中有较强表达,这表明这些基因的功能可能与特定的组织或器官发育有关。2.基于AP2/ERF基因家族的鉴定结果,本研究进一步通过基因结构、保守基序等分析鉴定获得光皮桦BBM同源基因Bl BBM,发现Bl BBM基因与其它物种的BBM同源基因具有相似的基因结构、基序特征,呈现了较强保守性,暗示它可能与其他物种的同源基因具有相似的功能。表达模式分析结果显示,Bl BBM基因在光皮桦种子发育的前期和中期表达量较高,而在发育的中后期表达量逐渐下降,呈现先上升后下降的趋势,与其他物种BBM的表达模式类似,暗示该基因可能参与了植物胚胎早期的发育过程。而在种子萌发过程中,Bl BBM基因的表达也呈现一个先上升后下降的模式,可能与其对根发育的调控功能相关。在2,4-D诱导愈伤形成的过程中,Bl BBM的表达被上调,且呈现出一定的浓度依赖模式,其中4 mg·L-1 2,4-D对愈伤组织的形成和Bl BBM表达有最佳的诱导效果响应,这些结果说明生长素可能是Bl BBM基因发挥生物学功能的重要媒介。3.以杂交杨84K和光皮桦为材料,通过根癌农杆菌和发根农杆菌介导的方法,对Bl BBM基因的生物学功能进行了研究。结果表明:(1)在杨树中瞬时表达Bl BBM基因可以在没有激素的情况下诱导叶片不定根的发生。与对照相比,瞬时表达Bl BBM的杨树叶片不定根发生频率高、不定根数目多,诱导作用明显,进一步的表达分析也证实了不定根的发生与Bl BBM基因的高水平表达有关;(2)在含生长素、分裂素的培养基上,过量表达Bl BBM基因会促进杨树叶片愈伤组织的形成。与对照相比,过表达Bl BBM的杨树叶片上愈伤组织的形成的时间早,愈伤诱导率更高,每片叶片形成的平均愈伤数量更多;在形态上也比对照叶片上的愈伤组织体积更大,分布更密,活力状态更佳;(3)Bl BBM基因也可促进光皮桦种子苗茎段产生更多的不定根。在穿刺、注射两种不同的处理方法中,均显示Bl BBM基因可以促进不定根发生。不定根发生的表型也与Bl BBM基因的表达水平直接相关。(4)过量表达Bl BBM基因也可促进光皮桦叶片愈伤组织的形成,与杨树叶片愈伤形成有类似结果。以上结果说明,光皮桦Bl BBM基因可能具有调控愈伤形成和不定根发生的双重功能,并且可能与生长素存在交互作用。
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