【摘 要】
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天女木兰(Magnolia sieboldii K.Koch)为国家重点3级保护野生植物,观赏及药用价值较高,具有广阔的开发应用前景。本研究以天女木兰种子为研究对象,通过运用Iso-Seq测序、SMARTer RACE序列扩增、染色体步移、农杆菌介导的烟草瞬时表达和拟南芥稳定表达以及酶联免疫等技术,对天女木兰MsARF5分子结构、时空表达、基因功能、启动子活性及基因对激素的调控响应等内容进行测试与
【基金项目】
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国家自然科学基金:天女木兰 Ms ARF5 基因在后熟种子胚胎发育中 的功能及其作用机制(3157030326);
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天女木兰(Magnolia sieboldii K.Koch)为国家重点3级保护野生植物,观赏及药用价值较高,具有广阔的开发应用前景。本研究以天女木兰种子为研究对象,通过运用Iso-Seq测序、SMARTer RACE序列扩增、染色体步移、农杆菌介导的烟草瞬时表达和拟南芥稳定表达以及酶联免疫等技术,对天女木兰MsARF5分子结构、时空表达、基因功能、启动子活性及基因对激素的调控响应等内容进行测试与分析,探究天女木兰MsARF5结构与功能,及其在种子后熟胚胎发育的作用机制,主要研究结果如下:1.天女木兰种子层积催芽过程中,0 d、45 d、75 d和90 d为后熟与萌发关键转折点,基于m RNA-mi RNA测序获得158,083个高质量单基因,鉴定差异基因14,499个,确定m RNA-mi RNA关系571对。揭示种子萌发调控网络由4个关键事件组成:(1)储藏物质代谢,脂质和大分子碳水化合物降解;(2)氧化还原反应,消除发芽抑制剂;(3)转录后调控,mi RNA参与胁迫响应;(4)激素调控,IAA和ABA为种子萌发关键激素,其信号转导途径主要参与种子休眠与萌发的调控。2.MsARF5的时空表达模式显示,其在种子成熟时表达量最低,在吸胀后呈高表达量,在层积30 d和75 d时出现两个小峰,且生长素含量的变化与MsARF5表达模式一致。生长素信号转导基因PIN1、IAA6、IAA16等与MsARF5表达呈正相关,IAA14、ARX3呈负相关。3.天女木兰MsARF5预测ORF区含2958 bp,985 aa,分子量大小为109.277 k Da,等电点为5.33,具较强亲水性,预测无跨膜结构。与中国莲(N.nucifera)同源性84%,是参与调控内源生长素信号转导的激活型转录因子。扩增MsARF5上游2,568 bp启动子区域并进行序列分析,共预测50种221个顺式作用元件,其中激素相关的元件20种,分别与GA、IAA、ABA、Me JA和SA等激素响应和调控相关。对生长素的应答反应显示MsARF5启动子对0.1m M的IAA和IBA均有响应,主要活性区域在其基因上游-2544至-1310和-859至-400两个区域。4.对MsARF5转基因拟南芥植株性状分析发现,拟南芥中过表达MsARF5可促进植株维管组织发育,种子萌发时间、抽薹时间提前,苗高、叶宽等生长指标显著增加,可以恢复拟南芥arf5突变体不结实、萌发晚的表型。证明MsARF5具有促进植物维管组织形成、调控种子发育和促使种子萌发的功能。
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