毛白杨维管系统再生过程中的基因表达分析
本文为研究木材形成关键发育时期的分子生物学事件，以毛白杨(Populustomentosa)为研究对象，利用大面积树皮环剥的方法建立能模拟自然的维管形成层细胞发生和分化的维管再生实验系统，并结合扣除杂交技术、基因芯片方法分析了维管再生过程中的差异基因表达谱。主要结果如下：
建立了毛白杨维管再生实验系统。愈伤形成层在剥皮后第10天开始发生，第14天左右形成，第18天已观察到形成层细胞的分化，而第22天时已经分化出完整的木质部和韧皮部。整个再生过程仅需3到4周的时间。因此，再生实验系统包括了这些关键的发育转换期，将导致基因表达发生显著的变化。
利用抑制性扣除杂交技术建立了毛白杨形成层区域vs叶片组织的扣除cDNA文库，并藉此制备了包含1，197个基因片段的cDNA芯片。然后与毛白杨剥皮后不同时期样品进行杂交、比较分析，共得到227个在维管组织不同再生阶段差异表达的基因，测序后与杨树基因组数据库和EST数据库检索分析，初步鉴定了差异表达基因的生物学功能。
在维管系统再生过程的形成层组织发生和发育期，差异表达基因包括钙调素、生长素诱导蛋白、可能与维管系统发育相关的nodulin蛋白、一些具体功能未知的转录因子和信号转导分子以及初生壁相关的细胞壁相关蛋白，如扩张蛋白、伸展蛋白、富羟脯氨酸糖蛋白、羟甲基转移酶、富脯氨酸糖蛋白等。而在维管系统再生过程到了维管形成层分化出木质部和韧皮部的关键时期，差异表达基因包括可能与形成层发育和分化相关的MYB家族等转录因子、蛋白激酶等信号转导分子。
拟南芥在诱导的情况下也能进行一定程度的次生生长，能表达木本植物木材形成相关的关键基因。利用拟南芥ATH1全基因芯片分析了毛白杨维管再生过程差异基因表达谱。通过连续样品两两比较分析，得到了差异表达的149个基因，通过序列样品比较和SOM聚类分析，得到了368个在整个维管系统再生过程中表达模式发生显著变化的基羽。
可能参与形成层发生、发育和分化以及木质部发育相关的基因，包括生长素诱导蛋白，蛋白激酶、G蛋白等信号转导相关蛋白，MYB、AP2、锌指结构域等转录因子等基因表达和调控因子的基因，也包括纤维素、果胶及其它细胞壁多糖生物合成相关基因以及扩张蛋白、伸展蛋白、富含羟脯氨酸糖蛋白等细胞壁蛋白基因。其分析结果与自制cDNA芯片杂交分析结果有一定的相似性，说明了基因芯片跨物种杂交分析同样能够获得基因特异表达的信息。
本研究找到这些可能参与木材形成的相关基因，为利用拟南芥相应基因突变体分析、单基因表达分析、以及转基因技术鉴定、分离到决定木材形成的重要基因或关键基因奠定了基础，并为材性改良的基因工程育种提供理论基础及基因资源。
毛白杨;维管再生;差异基因表达谱;基因芯片;树皮环剥
中国林业科学研究院
博士
林木遗传
张守攻;卢孟柱
2005
中文
S792.117;S718.43
117
2006-08-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）