發(fā)布時間：2020-10-19 15:55

　　 木質(zhì)素(Lignin)是自然界含量第二豐富的植物生物聚合物,主要沉積在維管植物的次生細胞壁中,對于營養(yǎng)物質(zhì)運輸、機械支持和植物病原體防御等生理過程至關(guān)重要。同時,木質(zhì)素在工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有著廣泛應(yīng)用。木質(zhì)素主要由對香豆醇(H型單體,p-coumaryl alcohol)、松柏醇(G型單體,coniferyl alcohol)和芥子醇(S型單體,sinapyl alcohol)三種單體氧化偶聯(lián)產(chǎn)生,這些單體均通過苯丙烷代謝途徑合成,最終通過過氧化物酶和漆酶在細胞壁中聚合。然而,木質(zhì)素單體合成后,從胞質(zhì)溶膠運輸?shù)郊毎诘臋C制仍不完全清楚。因此,闡明木質(zhì)素單體的跨膜轉(zhuǎn)運過程,對于研究木質(zhì)素生物合成與次生細胞壁調(diào)控具有重要意義。經(jīng)證實,木質(zhì)素單體(Monolignol)的跨膜轉(zhuǎn)運過程需要利用ATP水解產(chǎn)生的能量,這就暗示了這一過程可能需要ATP結(jié)合盒(ABC)轉(zhuǎn)運蛋白的參與。前人已證實,擬南芥中的H型木質(zhì)素單體由AtABCG29蛋白負責轉(zhuǎn)運。但木質(zhì)素另外兩類重要單體(G和S)如何被轉(zhuǎn)運目前尚不清楚。本研究發(fā)現(xiàn),擬南芥abcg36突變體的根生長明顯受到G型和S型木質(zhì)素單體的抑制,暗示ABCG36蛋白可能參與了G型和S型木質(zhì)素單體的跨膜轉(zhuǎn)運,為了闡明ABCG36在木質(zhì)素單體轉(zhuǎn)運中的生物學功能,本論文開展了深入的研究,具體結(jié)果如下:1.采用G型和S型木質(zhì)素單體脅迫處理野生型(WT)擬南芥并進行轉(zhuǎn)錄組測序分析,發(fā)現(xiàn)AtABCG36轉(zhuǎn)運蛋白基因表達受到顯著誘導,暗示該基因可能參與G型和S型木質(zhì)素單體的轉(zhuǎn)運。從擬南芥中克隆了AtABCG36基因,同時篩選并鑒定獲得了T-DNA插入突變體abcg36-1和abcg36-2;2.外源施加G型和S型木質(zhì)素單體處理擬南芥abcg36-1、abcg36-2突變體,與野生型對照相比,abcg36-1、abcg36-2突變體表現(xiàn)出對G型和S木質(zhì)素單體更為敏感的表型,植物生長受到抑制,根長更短;3.組織表達譜和原位雜交分析顯示,AtABCG36在擬南芥根和莖中表達量較高,而在莖中木質(zhì)部區(qū)域大量積累。亞細胞定位分析證實,AtABCG36蛋白定位在細胞膜上;4.組織切片分析顯示,與野生型相比,突變體abcg36-1、abcg36-2中木質(zhì)部細胞的細胞壁厚度變薄。木質(zhì)素含量測定發(fā)現(xiàn),突變體abcg36-1、abcg36-2莖中木質(zhì)素積累顯著降低,且木質(zhì)素單體比例也發(fā)生了明顯變化。熒光定量檢測分析木質(zhì)素合成途徑的相關(guān)基因表達水平發(fā)現(xiàn),與野生型相比,abcg36-1、abcg36-2突變體中重要調(diào)控因子MYB46、MYB83及關(guān)鍵酶基因CCR1、CAD1和CCoAOMT1等表達水平均不同程度地下調(diào);5.在酵母中表達AtABCG36基因,能夠顯著增加其對G型和S型木質(zhì)素單體脅迫的耐受能力。同時,AtABCG36轉(zhuǎn)運蛋白也增強了酵母細胞外排G型和S型木質(zhì)素單體的能力;6.進一步通過生物信息學分析,克隆了在毛果楊中AtABCG36的同源蛋白PtrABCG36。將PtrABCG36基因在擬南芥中超量表達,與野生型擬南芥相比,轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出對G型和S型木質(zhì)素單體脅迫更強的耐受性,且PtrABCG36超量表達促進了轉(zhuǎn)基因擬南芥莖中木質(zhì)素的合成。在酵母細胞中,PtrABCG36蛋白同樣促進了G型和S型木質(zhì)素單體外排。綜上所述,本研究克隆了擬南芥木質(zhì)素合成代謝途徑上一個重要的轉(zhuǎn)運蛋白基因AtABCG36,遺傳和生化實驗證明了該基因具有轉(zhuǎn)運G型和S型木質(zhì)素單體跨膜運輸?shù)哪芰?從而影響了擬南芥莖中木質(zhì)部的發(fā)育。同樣地,在木本植物楊樹中AtABCG36的同源蛋白PtrABCG36也具有相似的木質(zhì)素單體轉(zhuǎn)運功能。本研究將有助于闡明植物體內(nèi)木質(zhì)素的轉(zhuǎn)運機制,為木材發(fā)育調(diào)控機制的解析奠定基礎(chǔ)。
【學位單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：Q943.2
【部分圖文】：

第 1 章 文獻綜述1.1 細胞壁細胞壁是植物細胞的重要組成部分，是區(qū)別于動物細胞的重要標志之一�；钴S生長的細胞被一個薄的初生細胞壁包圍，初生細胞壁具有良好的延展性以允許細胞擴張。一旦細胞達到最終的大小和形狀，許多細胞就會產(chǎn)生更厚的次生細胞壁。初生細胞壁是所有植物細胞都具有的，而次生細胞壁只能由一些特殊類型的細胞產(chǎn)生，這些細胞通常用于為植株提供機械支撐或用于水及無機鹽等營養(yǎng)物質(zhì)的運輸[1]。與初生細胞壁相比，次生細胞壁具有更復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中主要成分包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，半纖維素成分又包括木聚糖、木栓質(zhì)、角質(zhì)層和蠟質(zhì)層等[2]。某些類型細胞的次生細胞壁，如厚角組織，富含纖維素，幾乎不含木質(zhì)素。然而，大多數(shù)次生細胞壁與木質(zhì)組織有關(guān)。木質(zhì)化細胞壁是木材和草本植物的主要組成部分，是植物生物量的主要來源。木質(zhì)化次生細胞壁是本文的研究重點。

圖 1.2.1 木質(zhì)素單體及其對應(yīng)的木質(zhì)素[5]Figure1.2.1 The lignin monomers and their corresponding lignin.1.2.2 木質(zhì)素單體的生物合成過程在過去的二十年中，木質(zhì)素單體生物合成途徑得到了廣泛的研究，其基本步驟已經(jīng)被探明[6-8]。木質(zhì)素的生物合成屬于苯丙烷類代謝途徑。苯丙烷類代謝途徑以苯丙氨酸氨裂合酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）對苯丙氨酸的脫氨基作用為起始步驟。肉桂酸 4-羥化酶（cinnamic acid 4-hydroxylase，C4H）和 4-香豆酯

第 1 章 文獻綜述桂 酰 轉(zhuǎn) 移 酶 （ p-hydroxycinnamoyl-CoA:shikimate/quinate p-hydroxycinnamoyltransferase HCT）、對香豆酸 3-羥化酶（p-coumarate 3-hydroxylase C3H）、CCR和 CAD 這四種酶則將對香豆酰輔酶 A 轉(zhuǎn)化為 G 型木質(zhì)素單體。阿魏酸 5-羥化酶（ ferulate 5-hydroxylase F5H ） 、 咖 啡 酸 O- 甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 （ caffeic acidO-methyltransferase COMT）和 CAD 的作用將對香豆酰輔酶 A 轉(zhuǎn)化為 S 型木質(zhì)素單體。此外，咖啡酰莽草酸酯酶（caffeoyl shikimate esterase，CSE）在最近被報道參與了 G/S 型單體的合成過程，CSE 作用于 C3H 產(chǎn)物咖啡酰莽草酸酯，為咖啡酸輔酶 A 提供替代途徑[9]。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2847418