SND,一个NAC域的转录因子,是拟南芥纤维次生壁合成的关键调控因子.ppt

SND1, a NAC Domain Transcription Factor, Is a Key Regulator of Secondary Wall Synthesis in Fibers of Arabidopsis Ruiqin Zhong Taku Demura and Zheng-Hua Yea a Department of Plant Biology, University of Georgia, Athens, Georgia 30602 b RIKEN Plant Science Center, Yokohama, Kanagawa 230-0045, Japan Li cong Ru 背景 次生壁的成分主要包括:纤维素,木质素,半纤维素,杂木聚糖,葡甘露聚糖. 次生壁生物合成中涉及的基因已经被描述,但协调这些基因表达的分子机制尚不清楚. 近期研究发现,木质部管状分子和纤维分化过程中涉及一些转录因子,这些转录因子中有一组NAC结构域转录因子.NAC蛋白在N端有保守的NAC域,在C端有激活域. 次生壁决定木材质量,双子叶植物中,纤维细胞中含有大量次生壁.因此,揭示纤维次生壁合成中有关的转录调控子十分必要. 探究转录调控子如何调控编码次生壁生物合成酶的表达 寻找在维管束间纤维中高表达的转录因子 结果 A：NAC在茎中的表达水平高于在其他器官中的表达水平 B： SND1（At1g32770）属于NAC的亚群，包括：VND6,VND7（分别调控后生木质部，原生木质部的分化）NST1,和NST2（调控花药成熟过程中次生壁的增厚） C：SND1在茎中特异表达 DE：SND1在薄壁组织髓心无表达，但在发育中的维管束间纤维细胞和木质部细胞中有高表达，这两种细胞类型使次生壁增厚 结果表明:SND1在维管束间纤维中高表达 SND1与次生壁增厚过程有关 SND1基因融合Gus报告基因(抑制內源基因的表达形式)进行转基因（拟南芥），转基因拟南芥Gus染色显示，茎被Gus染色而其他器官没有。进而对茎详细研究 结果 A：节间快速伸长时期，Gus染色部位为发育中的维管束间纤维细胞 B：即将终止节间伸长时期，Gus染色部位为维管束间纤维和后生木质部 C：节间终止伸长时期，Gus染色部位为维管束纤维和后生木质部，二者进行次生壁的增厚 D：成熟的节间中，Gus染色部位为次生木质部，维管束间纤维中着色较浅 E：放大后的后生木质部，Gus染色部位为木纤维，发育中的导管中没有染色 结果表明:在维管束间纤维和木纤维中表达的SND1基因,与次生壁加厚过程有关 SND1蛋白是转录激活子，定位于核内 用绿色荧光蛋白（GFP）标记SND1，使其在胡萝卜原生质体中表达，通过激光共聚焦显微镜观察其亚细胞定位 将Gal4结合域与SND1全长或部分序列融合，使其在酵母中表达，看其是否激活报告基因(His，LacZ)的表达 SND1的表达受到抑制，引起表型的变化 为了防止基因冗余的影响，将SND1与EAR抑制域融合，转基因到拟南芥， 结果 A：RT-PCR显示，转基因植株中SND1抑制子有表达 B：转基因F1中，15/64的植株的花序茎不能像野生型那样直立 SND1受到抑制，纤维细胞次生壁的增厚减少 WT SND1-EA R 茎基部横切面及透射电子显微镜显示，与野生型相比,转基因植株中维管束间纤维次生壁的增厚明显减少 SND1受到抑制，纤维细胞次生壁的增厚减少 WT SND1-EA R 茎基部的横切面及投射电子显微镜显示,与野生型相比,转基因植株中木纤维壁增厚程度急剧减少,但对导管影响较小 SND1受到抑制,并不改变纤维细胞的长度 WT SND1-EA R 茎纵切面显示,与野生型相比,转基因植株纤维的长度并未改变 小结: 1 SND1基因特异地在茎的维管束间纤维和木纤维中表达 2 SND1具有核定位且可以激活转录 3 抑制SND1表达, 不影响纤维细胞的伸长 4显性抑制SND1基因的表达抑制纤维细胞次生壁增厚 5 SND 1可能是次生壁生物合成中的转录激活子 SND1过表达 为了验证SND1诱导次生壁的合成，用CAMV35S启动子经全长的SND1带入拟南芥中 结果显示 BC 28/57转基因植物中表型为，小型的莲座叶，叶子矮化生长，并且叶子边缘卷曲 A Rt-PCR分析显示野生型幼苗中未检测到SND1 mPNA，但在转基因幼苗中有很高的积累。（再一次验证SND1的表达有特异性） SND1过表达对表皮细胞和叶肉细胞的影响 WT 叶脉 表皮 叶肉 DIC SND1过表达的叶片，表皮和叶肉细胞有大量木质化次生壁沉积 次生壁沉积在表皮中为带状，叶肉中为网状，在野生型叶脉为螺旋状 SND1过表达对花器官的影响 SND1过表达植株花经常不育，并且萼片、