模式植物-拟南芥

• 拟南芥原生质体瞬时转化
原生质体是一种常用的植物瞬时表达系统，结合一些报告 基因使用，它具有检测速度快、操作简单等优点。
应用：
基因表达 蛋白亚细胞定位 蛋白活性检测 蛋白间相互作用
蛋白亚细胞定位：
转录因子蛋白活性检测系统：
Effectors
GD GD-Gene LD-VP16 GD GD LD Gene VP16 Gal4-GUS
• 拟南芥的研究历史
历史上对拟南芥科学研究的记载最早可追溯至16世纪，
19世纪分类学家Heynhold将其命名为 Arabidopsis thaliana。 现在人们在世界各地共收集到750多个拟南芥生态型，
这些生态型在形态发 育、生理反应方面存在很大差异。在
拟南芥的众多 生态型中最常用的三种是Landsberg erecta (Ler)、 Columbia (Col)、Wassilewskija (Ws)。
模式植物—拟南芥
• 拟南芥简介 • 实验技术-原生质体转化
• 所谓模式生物是指生物的一个物种，它在人们研 究生命现象的过程中长期、反复的被作为研究材 料，并且，从这个物种的研究中得出的许多生命 活动规律往往代表了许多物种共同的规律。于是 人们在对该物种的形态、解剖、生理、生化、细 胞及遗传进行全面分析和归纳的基础上，把它作 为典范，将对其研究中得出的规律，推演到相关 的生物物种中，从而加快了对其它各种生物研究 的步伐。
暗中
光下
• 植物激素调控微管骨架介导下胚轴生长的分子机制？
在植物的整个生长过程中，油菜素内酯 (Brassinosteroids, BRs) 作为一种重要的激素参与到植物的生长发育以及生 理过程当中。
-细胞伸长 -维管束分化 -繁殖发育 -抗逆 -抗病 -衰老 -细胞程序性死亡
HO
HO
HO
HO
H O
SA
JA
GA和CTK促进表皮毛的发生
Gibberellins
Cytokinin ZFP6
SPY ZFP5
GIS
ZFP8/GIS2
TTG1-GL1/MYB23-GL3/EGL3 GL2 Trichome Initiation
JA增加表皮毛密度和数目
SA减少表皮毛的密度和数目
JA促进表皮毛发生的机制：
2. bHLH类转录因子：
GLABRA3 (GL3), ENHANCER OF GLABRA3 (EGL3)
3. 含WD40重复序列的转录因子：
TRANSPARENT TESTA GLABRA1 (TTG1)
4. C2H2类转录因子：
GLABROUS INFLORESCENCE STEMS (GIS) ,GIS2, Zinc Finger Protein 5 (ZFP5), ZFP6, ZFP8
TRY TTG1 GL1
GL3
EGL3 GL2
正 调 节 因 子
负 调 节 因 子
CPC
ETC1 ETC2
ETC3 TCL1 TCL2
表皮毛发生调控机制
R3 MYB R3 MYB
(二) 植物激素
Gibberellin
Cytokinin
GA
Salicylic acid
CTK
jasmonic acid
MDP40是黄化下胚轴生长的正调控因子
MDP40通过微管的去稳定作用调控下胚轴细胞周质微管的 排列方式
谢 谢
• 作为模式生物必须具备的基本条件，大致可归纳 以下几点：
1.必须容易培养，成本低廉，随时获取以供实验 研究；
2.繁殖周期短，并能在短时间内产生大量的后代， 满足研究分析的需求； 3.十分方便地取得种内的遗传变异体；
4.已经过长期研究取得该物种的丰富背景信息。
模式微生物
模式动物
模式植物
拟 南 芥？
O
BR 信号转导途径
BRs信号、合成途径成员的相关突变体表现出下胚轴细胞生 长异常的表型。
WT
bri1
bri1 bzr1-1D /bzr1-1D
微管去稳定蛋白MDP40 (Microtubule Destabilizing Protein40) 在BR调控下胚轴伸长中功能 MDP40与周质微管共定位 MDP40是BZR1的靶基因
JAZ JA bHLH GL3 EGL3 TT8
bHLH/MYB
JAZ
+
bHLH/MYB
？ Downstream Factors Trichome Initiation
MYB
MYB23 GL1
JA
SA
抑制
GA
(三) microRNA
microRNAs (miRNAs)是动植物体内普遍存在的一种长度为 20-22核苷酸的非编码RNA，它们主要参与转录后基因表达调 控。每个miRNA可以有多个靶基因，而几个miRNA也可以调 节同一个基因。
蛋白间相互作用：
Fra Baidu bibliotek 拟南芥表皮毛
1.增加表皮保护层的厚度，以减少水分的散失 2. 抵御机械损伤、紫外灼伤和极端温度等非生物胁迫 3.保护植物免受食草昆虫和病菌的侵害
转录因子
植物激素
microRNA
调控表皮毛的发生
(一) 转录因子
1. MYB类转录因子：
单一 R3 MYB：TRIPTYCHON (TRY ), CAPRICE (CPC) , TRICHOME-LESS1(TCL1), TCL2 , ENHANCER Text in here OF TRY AND CPC (ETC)1, 2, 3, MYB23 R2R3 MYB： GLABRA1 (GL1)
三种生态型形态差异：
• 拟南芥的种植和培养
1. 温室生长 2. 无菌培养
• 拟南芥研究常用网站： 1. NCBI http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
2. tair (The Arabidopsis Information Resource)
http://www.arabidopsis.org/
拟南芥为什么能够成为有花植物的遗传、细胞、发 育、分子生物学研究的模式植物？
1.拟南芥的优点是植株小、每代时间短（生活周期只需6 ~ 8 周）、结子多（ 每株拟南芥可产生上万粒种子）、生活力 强（可在温室或培养皿中生长）。 2.拟南芥的基因组是目前已知植物基因组中最小的。每个 单倍染色体组 (n=5) 的总长只有7000万个碱基对，这就使克 隆它的有关基因相对说来比较容易。 3. 拟南芥是自花受粉植物，基因高度纯合，用理化因素处理 突变率很高，容易获得十分理想的拟南芥突变株。
拟南芥简介
拟南芥，拉丁名：Arabidopsis thaliana，又名鼠耳芥，阿拉伯芥， 阿拉伯草。它属于植物界的被子植 物门，双子叶植物纲，白花菜目， 十字花科的拟南芥属。
形态特征：
基生叶有柄呈莲座状，叶片倒卵形或 匙形；茎生叶无柄，披针形或线形。总状 花序顶生，花瓣4片，白色，匙形。长角果 线形，长1～1.5厘米。
表皮毛
叶表皮 细胞
下胚轴表 皮细胞 根毛
细胞内，微管的功能主要受微管结合蛋白 (microtubule associated proteins, MAPs) 来调控。
不同的微管结合蛋白在细胞中通常具有特定的功能。
拟南芥下胚轴
Ca2+ 光 植物激素
(Modified from http://www.thefreedictionary.com)
Reporters
Gal4 GUS GUS LexA-Gal4-GUS LexA(2×) Gal4(2×)
转录激活子检测： 对照组 GD + Gal4-GUS 检测组 GD-Gene + Gal4-GUS
转录抑制子检测： 对照组 GD + LD-VP16 + LexA-Gal4-GUS 检测组 GD-Gene + LD-VP16 + LexA-Gal4-GUS
miR156
miR171
miR156和miR171调控表皮毛发生的分子机制
微管结合蛋白参与的下胚轴伸 长调控
微管(microtubule)的结构
微 管 的 聚 合
植物细胞周期中的微管列阵
间 期 周 质 微 管 早 前 期 微 管 带
纺 锤 体 微 管
成 膜 体 微 管
干扰微管或微丝骨架所引起的表型
3. 拟南芥T-DNA 插入突变体
http://signal.salk .edu/cgibin/tdnaexpress/
ABRC: The Arabidopsis Biological Resource Center NASC: European Arabidopsis Stock Center
实验技术-原生质体转化