植物生長素受體TIR1的同源物(PagFBL1)可通過與Aux/IAA28互作調控楊樹不定根的生長

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中文名:植物生長素受體TIR1的同源物(PagFBL1)可通過與Aux/IAA28互作調控楊樹不定根的生長

英文名:?The auxin receptor?TIR1?homolog (PagFBL1) regulates adventitious rooting through interactions with Aux/IAA28 in?Populus

雜志:Plant Biotechnol J. 2018 Jun 27.

影響因子:6.305

研究背景

根在水和養分的獲取、維持植物地上生長中起著至關重要的作用。大多數單子葉植物和許多熱帶、溫帶濕樹林中存在天然的不定根。不定根形成的生物過程復雜多樣,按照時間階段可分為誘導、啟動、根原基激活和生長,不同階段均受到多種因素的影響,如遺傳背景、母本生理狀態、激素的應用和環境條件等。其中影響不定根發育的最重要的因子則為植物激素,而生長素則起了決定性作用。近年來,在擬南芥上的生長素對不定根的調控已經取得了巨大的科研成果,其可通過生長素信號網絡誘導不定根的萌發。研究表明,楊樹和擬南芥上對不定根的誘導和發育存在一定的相同點,但是將草本植物上不定根的研究成果應用于木本植物的可行性仍需要進一步的研究。

材料方法

試驗材料:銀腺楊無性系84K(銀白楊X腺毛楊)的枝條

試驗內容:

1、ProPagFBL1::GUS試驗;構建過表達(OE)和干擾(KD)PagFBL1載體并轉染,培育轉基因植株,進行表型測定

2、在不定根誘導的0,12,24和48 h采集莖部樣品,進行轉錄組測序

3、雙分子熒光互補技術、酵母雙雜交實驗

測序平臺:北京百邁客生物科技有限公司?Illumina Hiseq 2500 PE125

研究結果

1、PagFBL1在不定根發育中具有時空表達差異

GUS信號在剪切后的0h主要在莖形成層和未成熟的木質部存在,隨后在不定根誘導的2天后,越來越多的GUS信號聚集在形成層和次生韌皮部,3~4天,形成層、次生韌皮部和皮層的不定根原基細胞中出現GUS信號。在不定根誘導5天后,GUS信號在不斷增大的根原基逐漸降低并在第六天消失。結果表明,PagFBL1會參與不定根生成的初期階段,如誘導和萌生期,可參與生長素信號通路從而調控不定根的誘導和萌生。

圖1、不定根生成時期PagFBL1的表達模式

2、在轉基因群體里過表達和干擾PagFBL1對不定根形成的影響

相較于野生型,過表達株系(OE)更早的出現了不定根且在不同時間點,其有不定根的莖葉所占比例更高,生根率達到100%的時間比野生型早6h。此外,OE植株的生根量也顯著增加,且在土壤中種植5個月后,對其總根長度、根面積和根的鮮重與干重進行測定,發現OE植株含有更大的根系,且在使用IAA處理移植葉片后趨勢相同。在PagFBL1?KD株系,這種現象在使用IAA處理移植葉片后也是延遲出現的。此外,與OE和野生型的株系相比,KD的不定根的數量和生物量顯著下降。結果表明,PagFBL1對楊樹不定根的形成有重要作用。

圖2、過表達、干擾和野生型植株不定根生成比較

3、過表達PagFBL1刺激轉基因楊樹基因表達的重塑

使用Illumina測序技術進行轉錄組分析從而鑒定影響不定根生成的差異表達基因。不論在野生型還是過表達植株里,0h與12h的差異表達基因均多于12h vs. 24h和24h vs. 48h比較組。因此,在不定根誘導和萌發的前12h發生了大量基因的重塑。OE植株在前12h增加1518個差異表達基因,其中有119個基因在野生型的12h vs. 24h中出現(圖3)。這些結果表明,PagFBL1基因的高表達會增強促進不定根形成的基因的表達變化。

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圖3、差異表達基因分析

隨后,對這些差異表達的基因進行COG分析,發現在OE植株#18和野生型中,與其他時間點相比,在前12h,參與信號轉導的大量基因被激活。在#18植株中,前12h有大量的DEGs僅富集于植物激素信號轉導通路,其中有26.9%的差異表達基因富集到了生長素通路中(圖4)。這些基因包括:5個細胞色素P450家族成員、1個Cullin-1 (CUL1)、7個E3泛素蛋白連接酶、4個26S蛋白酶體蛋白、2個IAA28家族、3個ARFs基因和3個GH3家族。利用qRT-PCR對這些基因的表達量進行統計分析,發現其表達趨勢與RNA測序得到的RPKM趨勢相似。ARF5.1,ARF5.2,GH3.1GH3.6?在不定根的誘導中高表達,其中在OE中表現的更明顯。在不定根誘導中參與IAAs和ARFs的結果表明在誘導和萌發期,生長素可通過FBL1-IAA-ARF信號促進不定根的形成。

圖4、差異表達基因功能聚類分析

4、PagFBL1通過PagIAA28.1PagIAA28.2作用生長激素信號通路

使用雙分子熒光互補技術,將15個Aux/IAA基因共轉染到煙草葉片,發現只有在nYFP-PagFBL1與?cCFP-PagIAA28.1?和cCFP-PagIAA.28.2共轉染后(圖5a)才會發現YFP熒光蛋白信號,且生長素濃度越高,信號越強,而在其他組合中,只發現了DAPI信號(圖5b)。

基于雙分子熒光互補研究結果,進一步進行酵母雙雜試驗。結果表明,PagFBL1PagIAA28.1PagIAA.28.2均有很強的結合,由此證明他們參與楊樹莖段不定根的誘導過程。

圖5、驗證試驗

亮點總結

1、好的試驗設計,是文章出彩的前提

2、故事一定要有完整性,環環相扣,由淺入深,才能吸人眼球

3、多種技術手段聯合應用,表型數據和測序數據相輔相成,互相印證,才能讓研究更具說服力

 

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