模式植物拟南芥
模式植物-拟南芥
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
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
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
拟南芥模式植物基因组研究
拟南芥模式植物基因组研究拟南芥（Arabidopsis thaliana）是一种小型草本植物，非常适合作为模式植物进行基因组研究。
作为全基因组已经测序完整的植物之一，拟南芥的基因组研究已成为植物学领域的重要研究领域之一。
一、拟南芥基因组特点拟南芥基因组大小约为125兆碱基对（Mbp），其中包含5个染色体和25000多个基因。
其基因组相对简单，只有 ~ 15% 的DNA编码蛋白质，大部分是非编码RNA。
此外，拟南芥还具有双倍体基因组、小基因家族、低韧皮性及自交等特点，使得其成为一种研究基因功能的理想模型。
二、利用拟南芥进行功能基因组学研究拟南芥是一种经典的遗传模型植物，具有高度可控性和可重复性，其遗传和发育转录组学数据较为完整，使其在功能基因组学研究领域具有很多应用。
例如，拟南芥可以被用来探索基因网络、研究基因和环境交互作用、拓展代谢途径等。
利用拟南芥研究基因网络的目标是探索不同基因之间的相互作用，这是理解细胞内生物反应和物质代谢网络的重要步骤。
通过构建看似简单的基因互作网络，可以解释很多现象。
例如，对拟南芥维管束发育的研究表明，其拟南芥基因组中多个基因的突变都会影响维管束分化和发育，而这些基因在蛋白质互作网络中互相联系，共同作用于维管束的发育过程。
拟南芥基因组研究还可以帮助我们探索植物基因与环境相关的交互作用，从而了解许多植物性状如何受到环境因素的影响。
例如，拟南芥可以用于研究环境中物质的吸收和代谢，例如水分利用效率和盐耐受性，这些研究可以为生态学和农业生产提供重要的信息。
三、基于拟南芥的基因编辑技术基因编辑是指利用分子生物学手段，针对特定基因进行精确的改造和修复。
利用某些基因编辑工具，例如CRISPR/Cas9，可以方便性地实现特定基因的改造和编辑，从而实现拟南芥基因组工程。
这种技术可以用于研究基因的功能，也可以用于创造优良的耐逆转基因植物。
基因编辑的研究进展迅速，有助于生产显性抗性基因和克服抗性基因的缺陷，为发展更为耐逆的品种提供了帮助。
拟南芥作为模式植物研究的应用前景
拟南芥作为模式植物研究的应用前景植物作为海洋之外最广泛的生命体，无论是在生态环境中还是在生物代谢中，都具有多种多样的适应性和优异特性，成为了人们在科研、生产生活和医学领域中一道重要的研究和使用资源。
而拟南芥作为植物学科技提高的先锋，已经成为生物科学领域研究的一个重要模型对象。
今天，我们将来研究一下拟南芥作为模式植物研究的应用前景。
1. 拟南芥的科学地位拟南芥是十字花科的小型一年生草本植物，被誉为“植物界的大鼠”，因为其基因组完整、组织易于繁殖与转化，短生命周期、容易理解的生长发育规律和生化代谢特征，成为了理解植物分子、细胞和生物学基础的重要模型植物。
同时，它的基因组也是植物学研究的模型基因组，它作为莱茵菜（Arabidopsis）属植物或拟南芥科（Brassicaceae）植物的代表，广泛的运用在之后基因组学和遗传学的研究当中。
2. 拟南芥在生物学领域中的应用拟南芥已经成为了生命科学的重要研究对象，被广泛运用于发育生物学、植物分子生物学和基因功能研究。
通过对拟南芥模型植物的遗传变异的研究人们可以研究能控制或影响植物生长和发育的基因。
这项研究为更深层次的功能分析和雄性不育株、根发育、中胚层合成及细胞壁合成等植物复杂生物过程的研究提供了重要的技术支持。
拟南芥基因组相对较小，由于缺乏多倍体，使其易于遗传育种研究中的对基因功能分析和基因修复。
同时，调控拟南芥的基因表达机制、分子途径和环境重要性也是分子和细胞生物学研究的重要领域。
3. 拟南芥在人类生物医学领域中的应用除了在植物学中广泛使用，拟南芥还被运用于人类生物医学领域。
例如，生长素在植物中的作用被广泛用于植物的生长和角色。
而生长调节素也在人类肿瘤中扮演着重要的角色。
因此，通过对拟南芥基因进行研究和改造，可以为人类的生物学医学研究和肿瘤治疗提供参考意义。
研究还表明，拟南芥可用于研究与哮喘相关的植物基因，这也有助于探索植物进化与哮喘发生的关系，并且为哮喘治疗提供新的思路和方法。
拟南芥作为模式植物在分子遗传学研究中的应用
拟南芥作为模式植物在分子遗传学研究中的应用引言拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为小草本植物，其外观和生理特性与其它的植物种类几乎没有什么区别。
但是，由于拟南芥有许多独特的特性，能够在分子遗传学、生化学等领域中进行研究。
本文将从分子遗传学的角度，阐述拟南芥作为模式植物在研究中的应用。
第一章：拟南芥基因组测序拟南芥是与人类、昆虫、哺乳动物等有相似性的模式生物，其基因组已在2000年完成了初步测序。
此后，拟南芥的进化树模型、基因表达的定量和定位研究，基因功能和调控机制研究等领域都有了很大的进展。
该基因组大小为125 Mbp，含约2.87×10⁵个基因序列，约占拟南芥基因组的半数，这些序列编码了多种功能蛋白和功能RNA，如转录因子、激素合成和信号传递、代谢物的生物合成等。
第二章：拟南芥作为基因敲除模式植物拟南芥基因组测序是研究拟南芥发展、生长、种子形成等方面的基础。
借助拟南芥基因组测序，我们可以进行基因敲除。
通过基因敲除，我们可以研究一个基因在植物发生、发展中所扮演的角色和机制，可以通过敲除不同基因，找出控制植物特定抗性、花期、营养代谢、根系生长等复杂性状的基因或基因组。
第三章：基因组水平和转录组水平上的研究基因组水平的研究可以使我们了解整个基因组中基因的数量和排列方式，以及某些基因可被表达的时间和空间。
转录组水平的研究可以揭示一个组织或细胞中所有转录所参与的基因。
因此，基因组水平和转录组水平的研究都是非常重要的，它们使得我们可以更好地理解植物的生理和分子机制。
第四章：生物技术的应用基于拟南芥在分子遗传学研究中的应用，许多生物技术也可以得到应用。
例如，近年来克隆和表达优化就是借助了拟南芥高效表达来完成的。
此外，拟南芥作为两项先进技术-基因转化和CRISPR/Cas9技术的模式生物，基因编辑、转基因等科技也可以得到很有效的开发。
结论作为模式植物，拟南芥在分子遗传领域的研究是非常重要的。
模式植物拟南芥
模式植物拟南芥个体特征拟南芥英文名Thale Cress拉丁名Arabidopsis thaliaba,又名鼠耳芥，阿拉伯芥，阿拉伯草。
是一种细长而直立的植物，羽状多叶，茎高度达40厘米。
二年生草本，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，直径约3毫米，白色，匙形，雄蕊6枚，花药黄色，雌蕊圆柱状，花柱短，柱头凹陷；花期3～5月。
拟南芥是在植物科学，包括遗传学和植物发育研究中的模式生物之一。
其在植物学中所扮演的角色正仿佛小白鼠在医学和果蝇在遗传学中的一样，其原因主要基于该植物具有以下特点：●植株形态个体小，高度只有30cm左右，1个茶杯可种植好几棵；●生长周期快，每代时间短，从播种到收获种子一般只需6周左右；●种子多，每株每代可产生数千粒种子；●形态特征简单，生命力强，用普通培养基就可作人工培养；●基因与大多数植物基因具有很高的同源性，能代表大多数的特点。
●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，即只有小麦染色体组长的1/80，这就使克隆它的有关基因相对说来比较容易。
●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，容易获得各种代谢功能的缺陷型。
例如用含杀草剂的培养基来筛选，一般获得抗杀草剂的突变率是1/100000。
由于有上述这些优点，所以阿拉伯芥是进行遗传学研究的好材料，被科学家誉为“植物中的果蝇”。
[在植物形态建成研究中，经典的例子是花发育的ABC模型。
在结构上，拟南芥的花与大多数开花植物相似，由四轮基本的花器官组成：从外向里分别为花萼、花瓣、雄蕊及雌蕊。
ABC模型中的A、B、C分别指的是控制不同花器官发育的三大类基因，其中A类基因决定了花萼的特征；A类+B类基因共同作用决定了花瓣特征；B类+C类基因共同作用决定了雄蕊特征；C类基因单独作用决定了雌蕊心皮的特征，同时也终止花器官在第四轮形成之后继续分化(A)。
拟南芥作为模式植物的基因功能研究
拟南芥作为模式植物的基因功能研究拟南芥(Arabidopsis thaliana)，一种小型的芥菜科植物，由于具有生长快、遗传学易、基因组小、适应性强等特点，成为国际上广泛使用的模式植物，用于研究植物基因功能、生物学和生物技术等领域。
本文将从基因功能研究的背景、研究方法、成果及应用等方面阐述拟南芥作为模式植物的基因功能研究。
一、基因功能研究的背景随着生物科技的发展，人们逐渐了解到生命的构成不再是仅仅由肉眼可见的器官，细胞以及前所未知的基因构成，而这些构成还遵循着特殊的规律，而所谓的生命也就是这些规律的展示和执行。
基因是遗传信息和生物体结构与功能的基础，对于细胞、组织、器官、个体、群体的形成、发育、生长、适应、代谢、进化等均有着至关重要的作用。
通过基因的准确描述和塑造，可以探究生命本身的特征，揭示生命存在的法则，从而推进生命科学的研究。
在过去的几十年中，越来越多的研究者开始了解到，基因研究的突破性进展往往来自于模型生物的研究。
模式生物是指在进行基础生物学研究时所使用的生物种群，通常具备以下特点：生长快、生育期短、相对小型、遗传学易、基因组小、适应性强、工作形成成熟。
二、研究方法作为模式植物的拟南芥基因功能研究，其研究方法主要分为以下三种：遗传学、分子学和生理学。
1. 遗传学方法遗传学方法主要包括突变体筛选、遗传连锁分析、分子标记分析、基因克隆和功能验证等关键步骤。
其中最重要的是突变体筛选，拟南芥突变体可分为自然突变体和人工突变体两类。
自然突变体指自然发现的具有不同性状的拟南芥个体，而人工突变体则是透过人工施加物质、辐射等诱变因子，诱导拟南芥作出基因水平上的变化的植株。
通过突变体筛选，可以筛选出具有特定性状并带有单个基因突变的突变体，以便进一步分析所筛选的基因的功能。
2. 分子学方法分子生物学方法是一种在基因水平上分析拟南芥基因功能的方法。
主要包括基因克隆、分子检测和基因表达等关键步骤。
基因克隆是将目标基因从其天然环境中提取出来，并将其插入到载体中，以便在体内或体外进行分析和操作。
拟南芥作为模式植物的生物学研究
拟南芥作为模式植物的生物学研究近年来，拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为模式植物在生物学领域得到了广泛应用，被誉为“植物界的小鼠”。
拟南芥不仅长得小巧玲珑，生长周期短，而且基因组完全测序，基因、蛋白质相互作用关系和生命过程得以较为完整地研究。
本文将从拟南芥的基本特征，其重要性及应用领域、拟南芥重要的生命过程研究、拟南芥基因和基因组研究等方面进行阐述。
一、拟南芥的基本特征与应用背景拟南芥是一种小型双子叶植物，生长周期为6周左右，在2月左右可以开始种植，到4月底即可形成完整的植株。
它的体型较小，只有20～25cm高，通常在实验室中以种子的形式进行繁殖和种植，研究人员可以在一个小生长舱中同时培育多个拟南芥植株，在不同条件下进行研究。
这些特点使拟南芥成为了理想的研究对象，成为了许多遗传学、生物学和生命科学实验室中的重要实验材料。
利用拟南芥进行生物学研究的典型应用有：发掘新基因、获得新信号途径、了解蛋白质互作和调节、解析生长发育过程、药物发现和创新等。
基于基因和生命科学的研究日益深入，机理的解析和发现正波及到其他领域，拟南芥的作用也因此被赋予越来越重要的价值。
二、拟南芥的生命过程研究研究拟南芥的生活过程，可以深入了解植物的形态构造，生长发育过程、生物功能及其实现机制。
拟南芥的主要发育过程包括种子萌发、茎叶生长、坐果发育及成熟等。
其中种子萌发是拟南芥生命周期中的第一个重要生命过程。
种子萌发过程中与植物的干细胞和分化状态相关的基因也得到了广泛的研究。
例如，与植物根发育有关的基因MSMs，在拟南芥的生长中已被证明是非常重要的基因之一。
MSMs基因没有被完全表达，它通过抑制大部分细胞分化，使得未分化的细胞在生长中不断繁殖。
另外，拟南芥花部的结构也是研究重要的一部分。
拟南芥属于十字花科，花中包含着可供探究的遗传变异和繁殖机制。
现代遗传学的研究证实，在拟南芥的花部有许多性状与基因程度的相互关系，使科学家能够深入探究基因和生命的奥秘，同时为育种学和环境学提供了理论基础。
拟南芥在生命科学研究中的应用
拟南芥在生命科学研究中的应用拟南芥是一种模式植物，是当前最为常用的实验植物之一。
它的遗传与表现形态都十分简单，是研究生命科学的重要工具之一。
在基因功能研究、遗传学研究、生长发育研究、逆境生物学研究以及生物化学等领域都有着广泛应用。
一、基因功能研究拟南芥是基因功能研究的理想植物模型，本身的基因组较为简单，基因结构和基因序列几乎全部被阐明，从而最大限度地减少了外来因素的影响。
研究者可以通过人工突变，选育出大量基因的突变体，利用遗传学方法对基因进行分析，得出基因各种不同功能的表达。
比如说，在拟南芥中发现的F-BOX基因家族，在植物的生长发育过程中发挥重要作用，抑制基因的调控对拟南芥的发育有着至关重要的影响。
这对于研究家族基因及其调控机制有着非常重要的价值，并可为人类与植物之间生命过程的相似性提供一定的参考。
二、遗传学研究拟南芥叶绿体与细胞核同时编码而成，使其表现出叶绿体遗传问题非常容易解决。
利用叶绿体基因的遗传变异，可以对基因的作用机理进行研究，还可以应用相关方法研究核和基因之间的互作关系，对基因的中心问题进行更深层次的解释。
例如，在拟南芥研究中发现几个与叶绿体发育和代谢相关的突变体。
通过详细的遗传分析和基因座标识，使人们对叶绿体基因编码的分子机制和适应性变化有着更加深刻的认识，进而在植物的开发和生产过程中利用这些信息进行有针对性的育种。
三、生长发育研究由于拟南芥是经典的定量分析模型，在生长发育研究中应用方便。
研究人员可以通过感官观察和数量化数据进行生长发育过程的分析，为植物分子和遗传学研究做出贡献。
以拟南芥顶芽分离特性的研究为例。
研究者发现一个未知基因可能使植物顶芽分离的机制发生变化，因此研究者更好地研究了基因的预测，并在拟南芥中发现了相应的突变体。
这些干细胞启动因子，可促进顶芽分离，在多数植物的生长发育过程中发挥着决定性的影响。
四、逆境生物学研究从遗传和生长发育的研究，我们可以进一步研究植物在逆境环境下的生理、生态和比较生物学特征。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
TTG1
正
GL1
调
节
GL3
因 子
负 调 节 因 子
EGL3
GL2
模式植物拟南芥
TRY CPC ETC1
ETC2 ETC3 TCL1 TCL2
表皮毛发生调控机制
R3 MYB
R3 MYB
模式植物拟南芥
(二) 植物激素
Gibberellin
GA
Salicylic acid
SA
Cytokinin
CTK
jasmonic acid
/
ABRC: The Arabidopsis Biological Resource Center NASC: European Arabidopsis Stock Center
模式植物拟南芥
实验技术-原生质体转化
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。
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)
模式植物拟南芥
4. C2H2类转录因子：
GLABROUS INFLORESCENCE STEMS (GIS) ,GIS2, Zinc Finger Protein 5 (ZFP5), ZFP6, ZFP8
模式植物—拟南芥
模式植物拟南芥
• 拟南芥简介 • 实验技术-原生质体转化
模式植物拟南芥
• 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。
模式植物拟南芥
蛋白间相互作用：
模式植物拟南芥
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
模式植物拟南芥
转录因子 植物激素 microRNA
调控表皮毛的发生
模式植物拟南芥
(一) 转录因子
1. MYB类转录因子：
模式植物拟南芥
三种生态型形态差异：
模式植物拟南芥
• 拟南芥的种植和培养
1. 温室生长
2. 无菌培养
模式植物拟南芥
• 拟南芥研究常用网站： 1. NCBI
模式植物拟南芥
2. tair (The Arabidopsis Information Resource)
模式植物拟南芥
3. 拟南芥T-DNA 插入突变体
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。
模式植物拟南芥
• 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)。
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
模式植物拟南芥
蛋白亚细胞定位：
模式植物拟南芥
转录因子蛋白活性检测系统：
Effectors
Reporters
GD GD GD-Gene GD
Gene
Gal4-GUS Gal4 GUS LexA-Gal4-GUS LexA(2×) Gal4(2×) GUS
单一 R3 MYB：TRIPTYCHON (TRY ), CAPRICE (CPC) , TTeRxtICinHheOreME-LESS1(TCL1), TCL2 , ENHANCER OF TRY AND CPC (ETC)1, 2, 3, MYB23
R2R3 MYB： GLABRA1 (GL1)
JA
模式植物拟南芥
GA和CTK促进表皮毛的发生
Gibberellins
ZFP6 SPY
ZFP5
Cytokinin
GIS
ZFP8/GIS2
TTG1-GL1/MYB23-GL3/EGL3
GL2
Trichome Initiation
模式植物拟南芥
JA增加表皮毛密度和数目 SA减少表皮毛的密度和数目
LD-VP16 LD VP16
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
模式植物拟南芥
模式植物拟南芥
• 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。
模式植物拟南芥
模式微生物 模式动物
模式植物拟南芥
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。
模式植物拟南芥
模式植物
拟 南 芥？
模式植物拟南芥
拟南芥简介
模式植物拟南芥
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，，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。