1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
植物的生长离不开光,光不仅为植物的光合作用提供能量,也调控植物的生长发育进程,如幼苗萌发、开花节律。植物幼苗对光的反应最强烈,在光下和黑暗中有不同的生长特性[1]。黑暗中生长的幼苗为黄化苗,具有伸长的下胚轴,子叶和根的发育受到阻碍,这一过程称为暗形态建成。光照充足时,幼苗下胚轴伸长受到抑制,子叶和根可以正常生长[2]。研究表明,植物通过光受体感知并传递光信号,目前已发现3类光受体,感受红光和远红光的光敏色素(PHY),感受蓝光的隐花素(CRY)和向光素,以及紫外光受体。目前对光敏色素和隐花素的研究最为深入。
光敏色素是感受红光(波长600~700nm)和远红光(波长700~760nm)的光受体,是一种二聚体形式的复合物,由生色团和蛋白质组成。拟南芥中有5中光敏色素:phyA、phyB、phyC、phyD、phyE。光敏色素有两种不同的存在形式,即非活性的红光吸收态和活性的远红光吸收态,当光敏色素处于基态时,主要吸收红光,称为Pr型,然后转换为主要吸收远红光的状态,称为Pfr型。Pfr型可以通过照射远红光转化为Pr型,这种可逆的转换过程是光敏色素生色团异构化的结果[3]。植物体内同时存在这两种形式的光敏色素,光敏色素在细胞内的分布受光强和光质的影响,其分布对功能的发挥有很大影响。phyB蛋白在黑暗条件下主要定位于细胞质,红光照射使其移动到细胞核内,从而与信号分子发生作用完成信号的传递;phyA蛋白在黑暗和远红光条件下积累很多,照射红光后,phyA蛋白快速发生降解,phyB蛋白发生不同程度依赖26S蛋白酶的降解,但这种降解比phyA蛋白微弱很多[4]。
隐花素是是感受蓝光(波长310~500nm)的光受体。拟南芥内有三个隐花素家族,CRY1是第一个发现的蓝光受体,CRY2是利用CRY1筛选拟南芥基因组文库克隆得出。CRY3主要分布于叶绿体和线粒体内,性质和功能与CRY1和CRY2差别较大。目前研究较多的主要是CRY1和CRY2。CRY2具有核定位信号序列,无论光暗条件CRY2都在细胞核内发挥功能;CRY1不具有典型的核定位信号序列,但CRY1光暗条件下也可以组成型地定位在细胞核,而且CRY1还可以部分定位于细胞质,所以CRY1既可以在细胞核内发挥功能,又可以在细胞质内发挥功能[4]。CRY1和CRY2蛋白在蓝光照射下发生磷酸化,CRY1和CRY2蛋白的磷酸化与其功能发挥密切相关。磷酸化后的CRY2蛋白可以被泛素化进而发生依赖于26S蛋白酶的蛋白降解,而磷酸化后的CRY1蛋白没发现有这种降解现象。
2. 研究的基本内容和问题
研究目标:
探究植物激素茉莉酸对玉米植株光形态建成的影响。
3. 研究的方法与方案
研究方法:
(1)文献综合法。阅读与课题相关的各类文献,进行总结归纳,补充相关的知识,了解目前的研究现状。
(2)实验法。控制实验中的变量,进行提取RNA-反转录-PCR-凝胶电泳等一系列操作。
4. 研究创新点
相较于单子叶植物玉米,对于双子叶模式植物拟南芥的光形态建成的研究已经十分深入,近年来研究较多集中在植物激素与光信号的互作,如乙烯、独脚金内酯等等,较少涉及茉莉酸。本课题探究茉莉酸对玉米光形态建成的影响,有一定的创新性。
5. 研究计划与进展
2018年
7月:查阅相关文献,了解课题研究背景,确定实验方案。
8月-10月:测量幼苗的表型数据,锻炼实验技术,撰写文献综述。
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