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Rac/ROP(Rho-related GTPase from plants)是植物中唯一的参与信号转导的小G蛋白家族。通过研究发现,ROP GTPase作为一种分子开关在植物的生长发育过程中调节各种各样的生理功能,例如调控花粉管伸长,调控根毛的发育,调节H2O2的产生,同时还作为脱落酸(ABA)响应的负调控因子和生长素信号途径的激活因子参与激素信号转导等。在拟南芥基因组中有11个Rac/ROPs,其表达和定位模式与它们参与的复杂信号网络相对应。目前,Rac/ROPs作为植物细胞信号转导的重要分子开关,只有深入研究Rac/ROPs的功能,才有可能揭示Rac/ROPs的作用机制,从而理解植物Rac/ROPs小G蛋白生物学功能的多样性。
在本论文中,我们运用反向遗传学的方法初步地研究了几个拟南芥Arac基因(包括Arac1,Arac5和Arac9)的表达模式。我们构建了这些基因的Aracpro::GUS转基因植株,同时也构建了35S-Arac1-CA的突变体植株。我们首先通过GUS组织化学染色法分析Arac基因的表达模式,其中Arac1主要表达在成熟胚胎、气孔、根尖分生组织、侧根原基、维管组织、花药、雌蕊以及柱头部分。Arac1pro::GUS幼苗经生长素(NAA)不同时间的诱导处理后,Arac1的表达明显增强,这个实验结果表明,Arac1可能参与生长素信号途径或生长素介导的生物学过程,但究竟是通过什么途径参与信号转导过程还需要进一步的研究。因此选取了35S-Arac1-CA的突变体L8植株进行表型研究,结果发现组成型突变体与野生型在根的表型上有很大的差异,35S-Arac1-CA L8的突变体植株主要表现为主根较短,侧根密度小于野生型以及淀粉粒密度与数量较野生型较小,此结果说明35S-Arac1-CA有可能调控了植物根分生组织的发育过程及根冠的形成。此外,初步分析了Arac家族的其他两个基因,Arac5和Arac9的表达模式,Arac5主要在根尖分生区以及伸长区表达,以及维管组织和侧根原基处表达,此外在叶片与顶端分生组织区域表达很明显;而Arac9在弯子叶时期胚胎子叶中表达,以及主根的维管组织和侧根原基处表达,此外还在真叶及叶片叶脉处表达明显,尤其是在顶端分生组织区域表达强烈。这些结果暗示着,Arac5可能参与了拟南芥维管组织的分化途径,而Arac9在顶端分生组织区表达很强,可能参与了顶端分生组织的分化过程。
以上结果初步表明,Arac1作为生长素信号途径的激活因子参与激素信号转导,在基因调控方面可能有重要的作用。而在胚后发育阶段,Arac1的正常表达对于根系的发育也是必须的。