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      組蛋白去乙?;冈跅顦?shù)根再生和生長(zhǎng)中的功能

      2017-04-15 16:12:08張冰夏德安馬旭俊
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年5期
      關(guān)鍵詞:生長(zhǎng)

      張冰+夏德安+馬旭俊

      摘要:組蛋白去乙?;福℉DAC)在植物生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中具有十分重要的調(diào)控作用。目前,關(guān)于HDAC的研究主要集中在草本植物,而關(guān)于木本植物的HDAC功能研究鮮有報(bào)道。以84 K楊(銀白楊×腺毛楊)和小黑楊2種楊樹(shù)組培苗為供試材料,在培養(yǎng)基中添加0、1、5 μmol/L濃度的組蛋白去乙?;敢种苿┣乓志兀═SA),研究TSA對(duì)楊樹(shù)根再生和生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明,TSA處理明顯抑制2種楊樹(shù)根的再生和生長(zhǎng),TSA濃度越高,對(duì)組培苗根的再生和生長(zhǎng)的抑制作用越大。研究結(jié)果對(duì)于通過(guò)根系改良提高楊樹(shù)對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率、增強(qiáng)楊樹(shù)抗逆性具有十分重要的意義。

      關(guān)鍵詞:組蛋白去乙?;福℉DAC);曲古抑菌素(TSA);根再生;生長(zhǎng)

      中圖分類(lèi)號(hào): S792.110.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

      文章編號(hào):1002-1302(2017)05-0040-04

      表觀(guān)遺傳調(diào)控是基因表達(dá)調(diào)控的一種重要方式,是在不改變DNA序列的情況下,通過(guò)DNA或組蛋白修飾來(lái)影響基因的轉(zhuǎn)錄。組蛋白修飾包括組蛋白乙?;⒘姿峄?、甲基化、泛素化、糖基化等[1],其中組蛋白乙酰化是研究得最早、最清楚的一種組蛋白翻譯后修飾[2]。組蛋白乙酰化修飾主要發(fā)生在組蛋白N末端的賴(lài)氨酸殘基上,包括組蛋白乙酰化、組蛋白去乙?;?個(gè)動(dòng)態(tài)的、可逆的過(guò)程。組蛋白乙?;軌驕p弱組蛋白與帶負(fù)電荷的DNA之間的相互作用,使染色質(zhì)處于伸展?fàn)顟B(tài)[3];又可以改變核小體的表面結(jié)構(gòu),形成有利于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合的位點(diǎn)[3-4],進(jìn)而對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄具有促進(jìn)作用。相關(guān)研究表明,在轉(zhuǎn)錄活化區(qū)域內(nèi),組蛋白多表現(xiàn)出高度的乙酰化狀態(tài)。組蛋白去乙酰化常常引起染色質(zhì)的凝縮,與基因轉(zhuǎn)錄抑制或基因沉默有關(guān)。組蛋白乙?;⑷ヒ阴;^(guò)程分別由組蛋白乙?;D(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase,簡(jiǎn)稱(chēng)HAT)、組蛋白去乙?;福╤istone deacetylase,簡(jiǎn)稱(chēng)HDAC)催化完成,二者共同作用保證細(xì)胞內(nèi)組蛋白乙?;教幱趧?dòng)態(tài)平衡。HDAC是1個(gè)基因超家族,在真核生物包括真菌、植物和動(dòng)物中廣泛分布。1996年第1個(gè)HDAC基因從哺乳動(dòng)物細(xì)胞中得到克隆[5],1988年在豌豆中首次發(fā)現(xiàn)植物組蛋白去乙?;傅拇嬖赱6]。近十幾年來(lái),植物HDAC越來(lái)[CM(25]越受到重視,HDAC基因從玉米、擬南芥、水稻、大麥、馬鈴[CM)][LM]薯、葡萄、煙草等多種植物中得以鑒定和分析。根據(jù)與酵母HDAC序列同源性比較,這些植物HDAC可分為3個(gè)亞家族:RPD3/HDA1、HD2、SIR2,其中HD2是植物所特有的一類(lèi)組蛋白去乙?;浮DAC在植物生長(zhǎng)、發(fā)育、脅迫反應(yīng)和基因沉默過(guò)程中具有十分重要的調(diào)控作用。

      雖然相關(guān)報(bào)道不多,但在擬南芥等草本植物中的研究表明,HDAC在根系發(fā)育(包括根毛發(fā)育、側(cè)根形成和主根生長(zhǎng))過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的調(diào)節(jié)作用。HDAC與根毛發(fā)育有密切關(guān)系。早在2000年,Murphy等研究發(fā)現(xiàn),HDAC特異性抑制劑如組蛋白去乙酰化酶抑制劑曲古抑菌素(trichostatin A,簡(jiǎn)稱(chēng)TSA)、丁酸鈉(sodium butyrate)能夠抑制豌豆(Pisum sativum)根分生組織細(xì)胞的有絲分裂[7]。2005年,Xu等研究發(fā)現(xiàn),TSA處理能夠改變根模式形成相關(guān)基因[WTBX][STBX]CPC、GL2、WER[WTBZ][STBZ]的表達(dá),并引起根毛細(xì)胞在非根毛形成部位的出現(xiàn)和發(fā)育[8]。2011年,Zhu等研究發(fā)現(xiàn)擬南芥RPD3/HDA1亞家族另一個(gè)成員HDA6能夠抑制根發(fā)育調(diào)節(jié)因子EIN3(ethylene insensitive 3)所調(diào)節(jié)基因的表達(dá),并抑制茉莉酸(JA)信號(hào)反應(yīng);TSA處理會(huì)誘導(dǎo)擬南芥幼苗產(chǎn)生大量根毛[9]。擬南芥HDA19也與根毛發(fā)育有關(guān),HDA19促進(jìn)低磷(Pi)條件下根毛的產(chǎn)生[10]。除了調(diào)節(jié)根毛發(fā)育,HDAC對(duì)側(cè)根發(fā)育也有十分重要的作用。側(cè)根的發(fā)育受到生長(zhǎng)素以及生長(zhǎng)素應(yīng)答因子(auxin response factor,簡(jiǎn)稱(chēng)ARF)的調(diào)節(jié)。HDAC對(duì)生長(zhǎng)素介導(dǎo)的擬南芥?zhèn)雀陌l(fā)育具有負(fù)調(diào)控作用[11]。在根發(fā)育過(guò)程中,生長(zhǎng)素到達(dá)主根根尖需要生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如PIN(pin-formed)家族、ABC(ATP-binding cassette)超家族的運(yùn)輸[12]。2013年,Nguyen等研究發(fā)現(xiàn),在HDAC抑制劑如TSA、NaB存在下,PIN1蛋白被26S蛋白酶降解,導(dǎo)致PIN蛋白不能在根尖部位積累,進(jìn)而顯著抑制了擬南芥主根的生長(zhǎng)[13]。在水稻中,OsHDAC1與根生長(zhǎng)有關(guān),[WTBX][STBX]OsHDAC1[WTBZ][STBZ]基因過(guò)量表達(dá)能夠促進(jìn)水稻根的生長(zhǎng)[14]。近期的關(guān)于玉米的研究表明,HDAC抑制劑NaB處理引起玉米根分生組織細(xì)胞有絲分裂停滯在早前期,根的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制[15]。雖然HDAC在根生長(zhǎng)發(fā)育中的功能研究較少,但已有研究充分說(shuō)明,HDAC對(duì)植物根系形成和發(fā)育十分重要。

      目前,關(guān)于木本植物HDAC基因在根生長(zhǎng)發(fā)育中的功能研究鮮有報(bào)道。楊樹(shù)在世界范圍內(nèi)廣泛分布,不僅是重要的造林和工業(yè)用材樹(shù)種,也是木本植物研究的模式植物。本研究分析了HDAC在楊樹(shù)根再生和生長(zhǎng)過(guò)程中的功能,這一研究不僅在理論上有利于人們了解楊樹(shù)根系生長(zhǎng)發(fā)育的表觀(guān)遺傳調(diào)控機(jī)制,而且對(duì)于通過(guò)根系改良提高楊樹(shù)對(duì)水分、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率以及提高楊樹(shù)抗逆性具有一定的意義。

      1材料與方法

      1.1供試材料

      本研究所用的植物材料84K楊、小黑楊無(wú)菌苗,由東北林業(yè)大學(xué)林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

      1.2試驗(yàn)方法

      1.2.1楊樹(shù)無(wú)菌苗的繼代培養(yǎng)84K楊、小黑楊無(wú)菌苗在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)4~5周,切莖段,將含有腋芽的莖段插入WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周,至腋芽萌發(fā)、長(zhǎng)出幼苗。然后將幼苗從莖段上切下,并放到含有0.1 mg/L IBA的WPM培養(yǎng)基上進(jìn)行生根培養(yǎng)。WPM培養(yǎng)基含有2%蔗糖、0.1 mg/L IBA、0.6%瓊脂,用1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH值至5.8。組培苗在溫度為(23±2)℃、光—暗周期16 h—8 h的條件下培養(yǎng)。

      1.2.2楊樹(shù)幼苗的TSA處理將4~5周齡84K楊、小黑楊組培幼苗切莖段,莖段在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周,然后將楊樹(shù)莖段上由腋芽萌發(fā)長(zhǎng)出的幼苗用剪刀剪下,分別放在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上進(jìn)行生根培養(yǎng),培養(yǎng)溫度為(23±2)℃,光—暗周期為16 h—8 h。

      1.2.3植株根長(zhǎng)、高度的測(cè)定將84K楊、小黑楊組培幼苗在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生根1、2周時(shí),分別測(cè)量并記錄84K楊、小黑楊再生幼苗的主根長(zhǎng)度、植株高度,利用Prism 6軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并通過(guò)多重比較法分析差異顯著性。當(dāng)P<0.05時(shí),表示存在顯著性差異。

      2結(jié)果與分析

      2.1TSA抑制楊樹(shù)根的再生

      2.1.1TSA抑制84K楊根的再生84K楊含腋芽的莖段在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周后,腋芽長(zhǎng)出高1.5 cm左右的幼苗;將幼苗用剪刀剪下,分別放在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生根培養(yǎng)。生根培養(yǎng)1周時(shí),在含有不同濃度TSA的培養(yǎng)基上再生出的不定根長(zhǎng)度存在明顯差別(圖1)。在含有0 μmol/L TSA的培養(yǎng)基上,84K楊幼苗基部能夠再生出不定根,不定根平均長(zhǎng)度為6.3 mm;在含有1 μmol/L TSA的培養(yǎng)基上,84K楊組培幼苗再生出的不定根平均長(zhǎng)度為 2 mm;在含有5 μmol/L TSA的培養(yǎng)基上,84K楊組培幼苗不能再生出不定根。結(jié)果表明,TSA處理抑制不定根的再生,TSA濃度越高,對(duì)根再生的抑制作用越強(qiáng)。

      2.1.2TSA抑制小黑楊根的再生與84K楊相似,小黑楊幼苗不定根的再生受TSA的明顯抑制。小黑楊在含有0 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生長(zhǎng)1周時(shí),在幼苗

      2.2TSA抑制楊樹(shù)根的生長(zhǎng)

      2.2.1TSA抑制84K楊根的生長(zhǎng)84K楊含腋芽的莖段在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周后,腋芽長(zhǎng)出高1.5 cm左右的幼苗,將幼苗用剪刀剪下,分別放在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生根培養(yǎng)。TSA處理抑制了再生根的生長(zhǎng),而且隨著TSA濃度的增加,其根生長(zhǎng)受到的抑制作用越大。84K楊幼苗在含有0

      2.2.2TSA抑制小黑楊根的生長(zhǎng)小黑楊含腋芽的莖段在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周后,腋芽萌發(fā)長(zhǎng)出高1.5 cm左右的幼苗,將幼苗用剪刀剪下,分別放在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生根培養(yǎng)。在含有不同濃度TSA的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)2周時(shí),小黑楊再生根的根長(zhǎng)度存在明顯差異,TSA濃度越高,根的長(zhǎng)度越短,呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。當(dāng)TSA濃度為0 μmol/L時(shí),植株根的長(zhǎng)度平均為5.3 cm;當(dāng)TSA濃度為1 μmol/L時(shí),植株根的長(zhǎng)度明顯比0 μmol/L處理時(shí)短小,根長(zhǎng)平均為1.3 3結(jié)論與討論

      組織培養(yǎng)是木本植物快速繁殖的一種有效方式,一些樹(shù)種在組織培養(yǎng)過(guò)程中不定芽或根的再生十分困難。通過(guò)改變培養(yǎng)基成分(如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或激素含量和比例)或培養(yǎng)條件(如溫度、光照度)仍不能有效獲得再生植株。因此,亟需一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)和提高植物的再生率。表觀(guān)遺傳學(xué)是基因表達(dá)調(diào)控的一種重要方式,對(duì)植物生是目前關(guān)于表觀(guān)遺傳調(diào)控在木本植物不定芽或根再生中的功能鮮有報(bào)道。

      本研究分析了組蛋白去乙?;敢种苿㏕SA對(duì)84K楊、小黑楊2種楊樹(shù)根再生和生長(zhǎng)的影響,結(jié)果顯示,TSA處理能夠顯著抑制這2種楊樹(shù)根的再生和生長(zhǎng),TSA濃度越大,根再

      生和生長(zhǎng)受到的抑制作用越大。結(jié)果表明,HDAC的存在對(duì)于楊樹(shù)根的再生、生長(zhǎng)發(fā)育具有十分重要的調(diào)節(jié)作用,也說(shuō)明楊樹(shù)根的再生、生長(zhǎng)受表觀(guān)遺傳調(diào)控。

      參考文獻(xiàn):

      [1]Hildmann C,Riester D,Schwienhorst A. Histone deacetylases—an important class of cellular regulators with a variety of functions[J]. Applied Microbiology and Biotechnology,2007,75(3):487-497.

      [2]Allfrey V,F(xiàn)aulkner R,Mirsky A. Acetylation and methylation of histones and their possible role in the regulation of RNA synthesis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,1964,51:786-794.

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      [4]Berger S L. The complex language of chromatin regulation during transcription[J]. Nature,2007,447(7143):407-412.

      [5]Taunton J,Hassig C A,Schreiber S L. A mammalian histone deacetylase related to the yeast transcriptional regulator Rpd3p[J]. Science,1996,272(5260):408-411.

      [6]Sendra R,Rodrigo I,Salvador M,et al. Characterization of pea histone deacetylases[J]. Plant Molecular Biology,1988,11(6):857-866.

      [7]Murphy J,Mcaleer J,Uglialoro A,et al. Histone deacetylase inhibitors and cell proliferation in pea root meristems[J]. Phytochemistry,2000,55(1):11-18.

      [8]Xu C,Liu C,Wang Y,et al. Histone acetylation affects expression of cellular patterning genes in the Arabidopsis root epidermis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2005,102(40):14469-14474.

      [9]Zhu Z,An F,F(xiàn)eng Y,et al. Derepression of ethylene-stabilized transcription factors (EIN3/EIL1) mediates jasmonate and ethylene signaling synergy in Arabidopsis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2011,108(30):12539-12544.[ZK)]

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      [13]Nguyen H,Kim J,Jeong C,et al. Inhibition of histone deacetylation alters Arabidopsis root growth in response to auxin via PIN1 degradation[J]. Plant Cell Reports,2013,32(10):1625-1636.

      [14]Jang I,Pahk Y,Song S,et al. Structure and expression of the rice class-I type histone deacetylase genes [WTBX][STBX]OsHDAC1-3:OsHDAC1[WTBZ][STBZ] overexpression in transgenic plants leads to increased growth rate and altered architecture[J]. The Plant Journal,2003,33(3):531-541.

      [15]Zhang Q,Wang P,Hou H L,et al. Histone acetylation and reactive oxygen species are involved in the preprophase arrest induced by sodium butyrate in maize roots[J]. Protoplasma,2017,254(1):167-179.

      張冰 夏德安 馬旭俊

      摘要:組蛋白去乙酰化酶(HDAC)在植物生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中具有十分重要的調(diào)控作用。目前,關(guān)于HDAC的研究主要集中在草本植物,而關(guān)于木本植物的HDAC功能研究鮮有報(bào)道。以84 K楊(銀白楊×腺毛楊)和小黑楊2種楊樹(shù)組培苗為供試材料,在培養(yǎng)基中添加0、1、5 μmol/L濃度的組蛋白去乙?;敢种苿┣乓志兀═SA),研究TSA對(duì)楊樹(shù)根再生和生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明,TSA處理明顯抑制2種楊樹(shù)根的再生和生長(zhǎng),TSA濃度越高,對(duì)組培苗根的再生和生長(zhǎng)的抑制作用越大。研究結(jié)果對(duì)于通過(guò)根系改良提高楊樹(shù)對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率、增強(qiáng)楊樹(shù)抗逆性具有十分重要的意義。

      關(guān)鍵詞:組蛋白去乙酰化酶(HDAC);曲古抑菌素(TSA);根再生;生長(zhǎng)

      中圖分類(lèi)號(hào): S792.110.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

      文章編號(hào):1002-1302(2017)05-0040-04

      表觀(guān)遺傳調(diào)控是基因表達(dá)調(diào)控的一種重要方式,是在不改變DNA序列的情況下,通過(guò)DNA或組蛋白修飾來(lái)影響基因的轉(zhuǎn)錄。組蛋白修飾包括組蛋白乙?;?、磷酸化、甲基化、泛素化、糖基化等[1],其中組蛋白乙酰化是研究得最早、最清楚的一種組蛋白翻譯后修飾[2]。組蛋白乙?;揎椫饕l(fā)生在組蛋白N末端的賴(lài)氨酸殘基上,包括組蛋白乙?;⒔M蛋白去乙?;?個(gè)動(dòng)態(tài)的、可逆的過(guò)程。組蛋白乙?;軌驕p弱組蛋白與帶負(fù)電荷的DNA之間的相互作用,使染色質(zhì)處于伸展?fàn)顟B(tài)[3];又可以改變核小體的表面結(jié)構(gòu),形成有利于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合的位點(diǎn)[3-4],進(jìn)而對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄具有促進(jìn)作用。相關(guān)研究表明,在轉(zhuǎn)錄活化區(qū)域內(nèi),組蛋白多表現(xiàn)出高度的乙?;癄顟B(tài)。組蛋白去乙?;3R鹑旧|(zhì)的凝縮,與基因轉(zhuǎn)錄抑制或基因沉默有關(guān)。組蛋白乙?;?、去乙?;^(guò)程分別由組蛋白乙?;D(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase,簡(jiǎn)稱(chēng)HAT)、組蛋白去乙?;福╤istone deacetylase,簡(jiǎn)稱(chēng)HDAC)催化完成,二者共同作用保證細(xì)胞內(nèi)組蛋白乙?;教幱趧?dòng)態(tài)平衡。HDAC是1個(gè)基因超家族,在真核生物包括真菌、植物和動(dòng)物中廣泛分布。1996年第1個(gè)HDAC基因從哺乳動(dòng)物細(xì)胞中得到克隆[5],1988年在豌豆中首次發(fā)現(xiàn)植物組蛋白去乙?;傅拇嬖赱6]。近十幾年來(lái),植物HDAC越來(lái)[CM(25]越受到重視,HDAC基因從玉米、擬南芥、水稻、大麥、馬鈴[CM)][LM]薯、葡萄、煙草等多種植物中得以鑒定和分析。根據(jù)與酵母HDAC序列同源性比較,這些植物HDAC可分為3個(gè)亞家族:RPD3/HDA1、HD2、SIR2,其中HD2是植物所特有的一類(lèi)組蛋白去乙?;?。HDAC在植物生長(zhǎng)、發(fā)育、脅迫反應(yīng)和基因沉默過(guò)程中具有十分重要的調(diào)控作用。

      雖然相關(guān)報(bào)道不多,但在擬南芥等草本植物中的研究表明,HDAC在根系發(fā)育(包括根毛發(fā)育、側(cè)根形成和主根生長(zhǎng))過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的調(diào)節(jié)作用。HDAC與根毛發(fā)育有密切關(guān)系。早在2000年,Murphy等研究發(fā)現(xiàn),HDAC特異性抑制劑如組蛋白去乙酰化酶抑制劑曲古抑菌素(trichostatin A,簡(jiǎn)稱(chēng)TSA)、丁酸鈉(sodium butyrate)能夠抑制豌豆(Pisum sativum)根分生組織細(xì)胞的有絲分裂[7]。2005年,Xu等研究發(fā)現(xiàn),TSA處理能夠改變根模式形成相關(guān)基因[WTBX][STBX]CPC、GL2、WER[WTBZ][STBZ]的表達(dá),并引起根毛細(xì)胞在非根毛形成部位的出現(xiàn)和發(fā)育[8]。2011年,Zhu等研究發(fā)現(xiàn)擬南芥RPD3/HDA1亞家族另一個(gè)成員HDA6能夠抑制根發(fā)育調(diào)節(jié)因子EIN3(ethylene insensitive 3)所調(diào)節(jié)基因的表達(dá),并抑制茉莉酸(JA)信號(hào)反應(yīng);TSA處理會(huì)誘導(dǎo)擬南芥幼苗產(chǎn)生大量根毛[9]。擬南芥HDA19也與根毛發(fā)育有關(guān),HDA19促進(jìn)低磷(Pi)條件下根毛的產(chǎn)生[10]。除了調(diào)節(jié)根毛發(fā)育,HDAC對(duì)側(cè)根發(fā)育也有十分重要的作用。側(cè)根的發(fā)育受到生長(zhǎng)素以及生長(zhǎng)素應(yīng)答因子(auxin response factor,簡(jiǎn)稱(chēng)ARF)的調(diào)節(jié)。HDAC對(duì)生長(zhǎng)素介導(dǎo)的擬南芥?zhèn)雀陌l(fā)育具有負(fù)調(diào)控作用[11]。在根發(fā)育過(guò)程中,生長(zhǎng)素到達(dá)主根根尖需要生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如PIN(pin-formed)家族、ABC(ATP-binding cassette)超家族的運(yùn)輸[12]。2013年,Nguyen等研究發(fā)現(xiàn),在HDAC抑制劑如TSA、NaB存在下,PIN1蛋白被26S蛋白酶降解,導(dǎo)致PIN蛋白不能在根尖部位積累,進(jìn)而顯著抑制了擬南芥主根的生長(zhǎng)[13]。在水稻中,OsHDAC1與根生長(zhǎng)有關(guān),[WTBX][STBX]OsHDAC1[WTBZ][STBZ]基因過(guò)量表達(dá)能夠促進(jìn)水稻根的生長(zhǎng)[14]。近期的關(guān)于玉米的研究表明,HDAC抑制劑NaB處理引起玉米根分生組織細(xì)胞有絲分裂停滯在早前期,根的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制[15]。雖然HDAC在根生長(zhǎng)發(fā)育中的功能研究較少,但已有研究充分說(shuō)明,HDAC對(duì)植物根系形成和發(fā)育十分重要。

      目前,關(guān)于木本植物HDAC基因在根生長(zhǎng)發(fā)育中的功能研究鮮有報(bào)道。楊樹(shù)在世界范圍內(nèi)廣泛分布,不僅是重要的造林和工業(yè)用材樹(shù)種,也是木本植物研究的模式植物。本研究分析了HDAC在楊樹(shù)根再生和生長(zhǎng)過(guò)程中的功能,這一研究不僅在理論上有利于人們了解楊樹(shù)根系生長(zhǎng)發(fā)育的表觀(guān)遺傳調(diào)控機(jī)制,而且對(duì)于通過(guò)根系改良提高楊樹(shù)對(duì)水分、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率以及提高楊樹(shù)抗逆性具有一定的意義。

      1材料與方法

      1.1供試材料

      本研究所用的植物材料84K楊、小黑楊無(wú)菌苗,由東北林業(yè)大學(xué)林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

      1.2試驗(yàn)方法

      1.2.1楊樹(shù)無(wú)菌苗的繼代培養(yǎng)84K楊、小黑楊無(wú)菌苗在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)4~5周,切莖段,將含有腋芽的莖段插入WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周,至腋芽萌發(fā)、長(zhǎng)出幼苗。然后將幼苗從莖段上切下,并放到含有0.1 mg/L IBA的WPM培養(yǎng)基上進(jìn)行生根培養(yǎng)。WPM培養(yǎng)基含有2%蔗糖、0.1 mg/L IBA、0.6%瓊脂,用1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH值至5.8。組培苗在溫度為(23±2)℃、光—暗周期16 h—8 h的條件下培養(yǎng)。

      1.2.2楊樹(shù)幼苗的TSA處理將4~5周齡84K楊、小黑楊組培幼苗切莖段,莖段在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周,然后將楊樹(shù)莖段上由腋芽萌發(fā)長(zhǎng)出的幼苗用剪刀剪下,分別放在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上進(jìn)行生根培養(yǎng),培養(yǎng)溫度為(23±2)℃,光—暗周期為16 h—8 h。

      1.2.3植株根長(zhǎng)、高度的測(cè)定將84K楊、小黑楊組培幼苗在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生根1、2周時(shí),分別測(cè)量并記錄84K楊、小黑楊再生幼苗的主根長(zhǎng)度、植株高度,利用Prism 6軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并通過(guò)多重比較法分析差異顯著性。當(dāng)P<0.05時(shí),表示存在顯著性差異。

      2結(jié)果與分析

      2.1TSA抑制楊樹(shù)根的再生

      2.1.1TSA抑制84K楊根的再生84K楊含腋芽的莖段在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周后,腋芽長(zhǎng)出高1.5 cm左右的幼苗;將幼苗用剪刀剪下,分別放在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生根培養(yǎng)。生根培養(yǎng)1周時(shí),在含有不同濃度TSA的培養(yǎng)基上再生出的不定根長(zhǎng)度存在明顯差別(圖1)。在含有0 μmol/L TSA的培養(yǎng)基上,84K楊幼苗基部能夠再生出不定根,不定根平均長(zhǎng)度為6.3 mm;在含有1 μmol/L TSA的培養(yǎng)基上,84K楊組培幼苗再生出的不定根平均長(zhǎng)度為 2 mm;在含有5 μmol/L TSA的培養(yǎng)基上,84K楊組培幼苗不能再生出不定根。結(jié)果表明,TSA處理抑制不定根的再生,TSA濃度越高,對(duì)根再生的抑制作用越強(qiáng)。

      2.1.2TSA抑制小黑楊根的再生與84K楊相似,小黑楊幼苗不定根的再生受TSA的明顯抑制。小黑楊在含有0 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生長(zhǎng)1周時(shí),在幼苗

      2.2TSA抑制楊樹(shù)根的生長(zhǎng)

      2.2.1TSA抑制84K楊根的生長(zhǎng)84K楊含腋芽的莖段在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周后,腋芽長(zhǎng)出高1.5 cm左右的幼苗,將幼苗用剪刀剪下,分別放在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生根培養(yǎng)。TSA處理抑制了再生根的生長(zhǎng),而且隨著TSA濃度的增加,其根生長(zhǎng)受到的抑制作用越大。84K楊幼苗在含有0

      2.2.2TSA抑制小黑楊根的生長(zhǎng)小黑楊含腋芽的莖段在WPM培養(yǎng)基上培養(yǎng)3周后,腋芽萌發(fā)長(zhǎng)出高1.5 cm左右的幼苗,將幼苗用剪刀剪下,分別放在含有0、1、5 μmol/L TSA的WPM培養(yǎng)基上生根培養(yǎng)。在含有不同濃度TSA的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)2周時(shí),小黑楊再生根的根長(zhǎng)度存在明顯差異,TSA濃度越高,根的長(zhǎng)度越短,呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。當(dāng)TSA濃度為0 μmol/L時(shí),植株根的長(zhǎng)度平均為5.3 cm;當(dāng)TSA濃度為1 μmol/L時(shí),植株根的長(zhǎng)度明顯比0 μmol/L處理時(shí)短小,根長(zhǎng)平均為1.3 3結(jié)論與討論

      組織培養(yǎng)是木本植物快速繁殖的一種有效方式,一些樹(shù)種在組織培養(yǎng)過(guò)程中不定芽或根的再生十分困難。通過(guò)改變培養(yǎng)基成分(如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或激素含量和比例)或培養(yǎng)條件(如溫度、光照度)仍不能有效獲得再生植株。因此,亟需一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)和提高植物的再生率。表觀(guān)遺傳學(xué)是基因表達(dá)調(diào)控的一種重要方式,對(duì)植物生是目前關(guān)于表觀(guān)遺傳調(diào)控在木本植物不定芽或根再生中的功能鮮有報(bào)道。

      本研究分析了組蛋白去乙?;敢种苿㏕SA對(duì)84K楊、小黑楊2種楊樹(shù)根再生和生長(zhǎng)的影響,結(jié)果顯示,TSA處理能夠顯著抑制這2種楊樹(shù)根的再生和生長(zhǎng),TSA濃度越大,根再

      生和生長(zhǎng)受到的抑制作用越大。結(jié)果表明,HDAC的存在對(duì)于楊樹(shù)根的再生、生長(zhǎng)發(fā)育具有十分重要的調(diào)節(jié)作用,也說(shuō)明楊樹(shù)根的再生、生長(zhǎng)受表觀(guān)遺傳調(diào)控。

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