拟南芥种子萌发及顶端分生组织分化模式研究

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种子萌发是植物生命周期中的一个重要的发育阶段。本论文发现哥伦比亚野生型拟南芥种子在萌发过程中,可提取的总RNA量显著降低。100mg的拟南芥干种子中可以获得大约35-40μg的总RNA,但是,100mg干种子经过三天的低温处理后,可提取的总RNA量不超过5μg;而在幼苗期,100mg鲜重的材料可以提到高达100μg的总RNA。进一步研究表明,放线菌素D能抑制新RNA的生成,阻止了种子中原有RNA的降解,显著延迟了种子的萌发。研究发现,部分编码核糖核酸酶的基因在干种子中表达水平比较高,低温处理吸胀后表达水平进一步升高,推测这些RNA酶参与了对原有RNA降解的调控,表明RNA代谢可能在植物的种子萌发过程起重要的调控作用。 通过筛选我们获得在种子萌发过程中有严重缺陷的atbrca1-1突变体。在atbrca1-1-1/+杂合体自交的后代中,有10-13﹪的种子不能萌发,12-15﹪的atbrca1-1-1突变体萌发后发育异常。atbrca1-1-1突变体表现为植株矮小,无法形成正常真叶,根部短小,不能正常抽薹、开花和产生种子,属于苗期致死型。RT-PCR和Southern杂交结果表明,突变体的表型是由于T-DNA插入导致AtBRCA1-1基因的功能缺失引起的。解剖atbrca1-1-1/+杂合体果荚,发现胚胎发育过程中细胞分裂方向异常,部分顶细胞的第一次分裂由纵向分裂变为横裂或者斜向分裂,导致胚胎分成上下两层;部分胚胎子叶原基发生的位置和数目异常,导致种子萌发后子叶的数目、位置和形态异常。进一步分析发现突变体的顶端分生组织(包括SAM和RAM)结构紊乱,细胞分裂异常,无法正确分化。突变体茎端无典型的的组织中心和干细胞库,细胞增殖形成大量无序的突起结构;根端的QC细胞及其周围的干细胞消失,同时在侧根突起部位检测到大量的细胞增殖,但没有明显的组织结构。WUS、STM和CLV3等基因在突变体中的表达显著上调,而SHR、CPC等基因在突变体中的表达明显下调,表明AtBRCA1-1可能通过调节SAM的WUS-CLV3反馈环和RAM的SCR-SHR通路来参与调控顶端分生组织的结构和维持正确的模式建成。用流式细胞分析atbrca1-1-1突变体顶端细胞中基因组的倍型发现突变体中G2/M期受阻,细胞分化能力很低,暗示AtBRCA1-1可能通过调控细胞周期的进程协调顶端分生组织的细胞增殖和分化。atbrca1-1-1突变体对DNA损伤胁迫试剂MMS、UVC和MMC的处理非常敏感,且在野生型中,AtBRCA1-1在MMS和UVC处理下表达明显升高,说明AtBRCA1-1可能在DNA损伤修复的过程中起作用。综上所述,AtBRCA1-1可能通过协调拟南芥的顶端分生组织细胞的分裂和分化以及维持基因组的稳定来维持顶端分生组织的正常结构和功能。
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