植物在整個(gè)生命過(guò)程中面臨著各種各樣的生物及非生物脅迫,其固著生長(zhǎng)的特性決定了它們只能通過(guò)調(diào)節(jié)自身的生命活動(dòng)來(lái)應(yīng)對(duì)環(huán)境的變化。抗逆性就是植物在對(duì)環(huán)境逐步適應(yīng)的過(guò)程中形成的。根器官作為植物體的重要組成部分,不僅承擔(dān)著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、輸送和貯藏的功能,還能感受內(nèi)源信號(hào)和外界環(huán)境刺激并作出反應(yīng),從而使植物可以更好的生存繁衍。尤其在土壤貧瘠或干旱等惡劣環(huán)境中,根的作用更為重要。 脫落酸(abscisic acid, ABA)作為一種重要的植物激素,參與調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段,包括種子的休眠及萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、氣孔運(yùn)動(dòng)及對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)等。高濃度的ABA具有抑制植物主根生長(zhǎng)的作用,但其分子機(jī)理目前尚不清晰。 據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,ABA通過(guò)影響乙烯的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制擬南芥主根的生長(zhǎng),但不影響乙烯的生物合成。然而,本論文的結(jié)果卻證明：乙烯合成途徑中ACC合酶(ACC synthases, ACSs)的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑氨基乙氧基乙烯甘氨酸(aminoethoxyvinylglycine, AVG),可以消除ABA對(duì)根生長(zhǎng)的抑制作用。另外,通過(guò)氣相色譜分析的方法直接的證明ABA可以誘導(dǎo)乙烯合成。以上結(jié)果暗示ABA可能是通過(guò)誘導(dǎo)乙烯的合成抑制根的生長(zhǎng),并且ACC合酶可能是ABA作用的靶點(diǎn)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一猜想,接下來(lái)又檢測(cè)了ACC合酶T-DNA插入多突變體CS16647(acs1-1acs2-1acs4-1acs5-2acs6-1acs7-1)、CS16649(acs2-1acs4-1acs5-2acs6-1acs7-1acs9-1)和CS16650(acs1-1acs2-1acs4-1acs5-2acs6-1acs7-1acs9-1)對(duì)ABA的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)它們主根的生長(zhǎng)都具有ABA不敏感的表型。 ACC合酶是乙烯合成途徑中的關(guān)鍵酶和限速酶,一般情況下在植物體內(nèi)含量很低且蛋白極不穩(wěn)定。qRT-PCR檢測(cè)表明轉(zhuǎn)錄水平可能不是ABA調(diào)控ACC合酶的主要原因,ACC合酶轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控至關(guān)重要。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,一型和二型ACC合酶的羧基端含有預(yù)測(cè)的CDPK磷酸化位點(diǎn),可能參與其轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控。已知兩個(gè)鈣依賴的蛋白激酶CPK4和CPKll的單突變體及雙突變體的根生長(zhǎng)對(duì)ABA反應(yīng)不敏感,并且本論文發(fā)現(xiàn),在ABA的處理下單突變體及雙突變體的乙烯釋放量少于野生型。體外磷酸化實(shí)驗(yàn)證明,CPK4和CPK1l可以磷酸化ACC合酶,并且其磷酸化活性受ABA誘導(dǎo)。之后利用定點(diǎn)突變的方法,找到ACS6的四個(gè)可能的CDPK磷酸化位點(diǎn)。這些磷酸化位點(diǎn)的突變并不影響該酶的活性,而是影響了蛋白的穩(wěn)定性。 為了進(jìn)一步研究CDPK磷酸化位點(diǎn)的生理功能,我們構(gòu)建了過(guò)表達(dá)ACS6WT, ACS6AAAA及ACS6DDDD的轉(zhuǎn)基因植株。研究發(fā)現(xiàn),體外模擬CDPK磷酸化狀態(tài)的ACS6DDDD轉(zhuǎn)基因植株釋放出更多的乙烯,并且主根生長(zhǎng)及種子萌發(fā)變綠都對(duì)ABA反應(yīng)不敏感,這些表型可能是由于乙烯過(guò)量合成引起的。 綜上所述,ABA通過(guò)蛋白激酶CPK4及CPK1l調(diào)控ACSs蛋白的穩(wěn)定性,影響乙烯的合成,進(jìn)而調(diào)控根的生長(zhǎng)。這一研究,有助于進(jìn)一步了解ABA調(diào)控根生長(zhǎng)的分子機(jī)理,同時(shí)對(duì)研究ABA和乙烯兩大植物激素之間的相互作用也具有重要意義。
【學(xué)位單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：Q945
【文章目錄】：
摘要
Abstract
縮略詞表
目錄
第一章 文獻(xiàn)綜述
    1.1 ABA的研究進(jìn)展
        1.1.1 ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑
        1.1.2 ABA與根生長(zhǎng)
        1.1.3 ABA與其它植物激素的相互作用
    1.2 乙烯的研究進(jìn)展
        1.2.1 乙烯的生物合成及調(diào)節(jié)機(jī)制
        1.2.2 乙烯的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑
        1.2.3 乙烯與根生長(zhǎng)
        1.2.4 乙烯與其他植物激素的相互作用
2+依賴的蛋白激酶CDPKs基因的研究進(jìn)展'>    1.3 Ca²⁺依賴的蛋白激酶CDPKs基因的研究進(jìn)展
        1.3.1 CDPKs基因家族概述
        1.3.2 CDPKs基因的功能及蛋白激酶活性的調(diào)節(jié)
        1.3.3 CDPKs基因與ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)
        1.3.4 CDPKs基因與根生長(zhǎng)
    1.4 本研究的目的和意義
第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        2.1.1 植物材料
        2.1.2 植物培養(yǎng)材料
        2.1.3 菌株及載體
        2.1.4 酶及試劑
        2.1.5 實(shí)驗(yàn)主要儀器
    2.2 常用培養(yǎng)基和溶液的配制
        2.2.1 常用溶液的配制
        2.2.2 培養(yǎng)基配制
    2.3 實(shí)驗(yàn)方法
        2.3.1 突變體篩選和遺傳學(xué)分析
        2.3.2 生理生化實(shí)驗(yàn)方法
        2.3.3 分子生物學(xué)類實(shí)驗(yàn)方法
第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    3.1 ABA不敏感突變體的篩選及圖位克隆
    3.2 乙烯合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制劑均可削弱ABA對(duì)根生長(zhǎng)的抑制作用
    3.3 ABA誘導(dǎo)擬南芥幼苗的乙烯合成
    3.4 ABA通過(guò)ACC合酶影響乙烯合成從而調(diào)控主根生長(zhǎng)
    3.5 ABA對(duì)ACC合酶轉(zhuǎn)錄水平的影響
    3.6 蛋白激酶CPK4和CPK11參與ABA誘導(dǎo)乙烯合成的過(guò)程
    3.7 ABA誘導(dǎo)蛋白激酶CPK4和CPK11對(duì)ACC合酶的磷酸化
    3.8 PP2C蛋白磷酸酶ABI1和ABI2不影響CDPKs對(duì)ACSs的磷酸化
    3.9 ACS6的CDPKs磷酸化不影響其ACS酶活性
    3.10 ACS6的CDPK和MAPK識(shí)別位點(diǎn)的磷酸化狀態(tài)決定蛋白的穩(wěn)定性
DDDD轉(zhuǎn)基因植株乙烯釋放量增多'>    3.11 體外模擬CDPK磷酸化狀態(tài)的ACS6^DDDD轉(zhuǎn)基因植株乙烯釋放量增多
    3.12 ACS6各轉(zhuǎn)基因植株的表型分析
第四章 討論分析與未來(lái)展望
    4.1 實(shí)驗(yàn)分析與討論
        4.1.1 根生長(zhǎng)對(duì)ABA不敏感突變體的篩選
        4.1.2 ABA信號(hào)途徑與乙烯信號(hào)途徑之間相互關(guān)系的重新定位
        4.1.3 參與調(diào)控乙烯合成的CDPKs的鑒定
        4.1.4 擬南芥三種類型ACC合酶的轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控之間存在不同
        4.1.5 尋找參與調(diào)控ACC合酶CDPK磷酸化過(guò)程的蛋白磷酸酶
        4.1.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
    4.2 未來(lái)展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)歷

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本文編號(hào)：2864078