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(xì)胞壁中,對(duì)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸、機(jī)械支持和植物病原體防御等生理過(guò)程至關(guān)重要。同時(shí),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(duì)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(guò)苯丙烷代謝途徑合成,最終通過(guò)過(guò)氧化物酶和漆酶在細(xì)胞壁中聚合。然而,木質(zhì)素單體合成后,從胞質(zhì)溶膠運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞壁的機(jī)制仍不完全清楚。因此,闡明木質(zhì)素單體的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程,對(duì)于研究木質(zhì)素生物合成與次生細(xì)胞壁調(diào)控具有重要意義。經(jīng)證實(shí),木質(zhì)素單體(Monolignol)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程需要利用ATP水解產(chǎn)生的能量,這就暗示了這一過(guò)程可能需要ATP結(jié)合盒(ABC)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的參與。前人已證實(shí),擬南芥中的H型木質(zhì)素單體由AtABCG29蛋白負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)。但木質(zhì)素另外兩類重要單體(G和S)如何被轉(zhuǎn)運(yùn)目前尚不清楚。本研究發(fā)現(xiàn),擬南芥abcg36突變體的根生長(zhǎng)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(yùn),為了闡明ABCG36在木質(zhì)素單體轉(zhuǎn)運(yùn)中的生物學(xué)功能,本論文開(kāi)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(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析,發(fā)現(xiàn)AtABCG36轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)受到顯著誘導(dǎo),暗示該基因可能參與G型和S型木質(zhì)素單體的轉(zhuǎn)運(yùn)。從擬南芥中克隆了AtABCG36基因,同時(shí)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(duì)照相比,abcg36-1、abcg36-2突變體表現(xiàn)出對(duì)G型和S木質(zhì)素單體更為敏感的表型,植物生長(zhǎng)受到抑制,根長(zhǎng)更短;3.組織表達(dá)譜和原位雜交分析顯示,AtABCG36在擬南芥根和莖中表達(dá)量較高,而在莖中木質(zhì)部區(qū)域大量積累。亞細(xì)胞定位分析證實(shí),AtABCG36蛋白定位在細(xì)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(xì)胞的細(xì)胞壁厚度變薄。木質(zhì)素含量測(cè)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(cè)分析木質(zhì)素合成途徑的相關(guān)基因表達(dá)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(dá)水平均不同程度地下調(diào);5.在酵母中表達(dá)AtABCG36基因,能夠顯著增加其對(duì)G型和S型木質(zhì)素單體脅迫的耐受能力。同時(shí),AtABCG36轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白也增強(qiáng)了酵母細(xì)胞外排G型和S型木質(zhì)素單體的能力;6.進(jìn)一步通過(guò)生物信息學(xué)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(dá),與野生型擬南芥相比,轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出對(duì)G型和S型木質(zhì)素單體脅迫更強(qiáng)的耐受性,且PtrABCG36超量表達(dá)促進(jìn)了轉(zhuǎn)基因擬南芥莖中木質(zhì)素的合成。在酵母細(xì)胞中,PtrABCG36蛋白同樣促進(jìn)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(gè)重要的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因AtABCG36,遺傳和生化實(shí)驗(yàn)證明了該基因具有轉(zhuǎn)運(yùn)G型和S型木質(zhì)素單體跨膜運(yùn)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(shù)中AtABCG36的同源蛋白PtrABCG36也具有相似的木質(zhì)素單體轉(zhuǎn)運(yùn)功能。本研究將有助于闡明植物體內(nèi)木質(zhì)素的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,為木材發(fā)育調(diào)控機(jī)制的解析奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：Q943.2
【部分圖文】：

第 1 章 文獻(xiàn)綜述1.1 細(xì)胞壁細(xì)胞壁是植物細(xì)胞的重要組成部分，是區(qū)別于動(dòng)物細(xì)胞的重要標(biāo)志之一�；钴S生長(zhǎng)的細(xì)胞被一個(gè)薄的初生細(xì)胞壁包圍，初生細(xì)胞壁具有良好的延展性以允許細(xì)胞擴(kuò)張。一旦細(xì)胞達(dá)到最終的大小和形狀，許多細(xì)胞就會(huì)產(chǎn)生更厚的次生細(xì)胞壁。初生細(xì)胞壁是所有植物細(xì)胞都具有的，而次生細(xì)胞壁只能由一些特殊類型的細(xì)胞產(chǎn)生，這些細(xì)胞通常用于為植株提供機(jī)械支撐或用于水及無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸[1]。與初生細(xì)胞壁相比，次生細(xì)胞壁具有更復(fù)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(xì)胞的次生細(xì)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(xì)胞壁與木質(zhì)組織有關(guān)。木質(zhì)化細(xì)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(lái)源。木質(zhì)化次生細(xì)胞壁是本文的研究重點(diǎn)。

圖 1.2.1 木質(zhì)素單體及其對(duì)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(guò)程在過(guò)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(duì)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(xiàn)綜述桂 酰 轉(zhuǎn) 移 酶 （ p-hydroxycinnamoyl-CoA:shikimate/quinate p-hydroxycinnamoyltransferase HCT）、對(duì)香豆酸 3-羥化酶（p-coumarate 3-hydroxylase C3H）、CCR和 CAD 這四種酶則將對(duì)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(duì)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(bào)道參與了 G/S 型單體的合成過(guò)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(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 金宏濱;劉東輝;左開(kāi)井;苗志奇;陳玉輝;孫小芬;唐克軒;;植物ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與次生代謝產(chǎn)物的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)[J];中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào);2007年03期

2 劉綱勇;邱學(xué)青;邢德松;;工業(yè)木質(zhì)素在木材膠粘劑中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];精細(xì)化工;2007年02期

3 儲(chǔ)富強(qiáng),洪建國(guó);木質(zhì)素在高分子領(lǐng)域中的應(yīng)用[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2003年03期

4 陶用珍,管映亭;木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用[J];纖維素科學(xué)與技術(shù);2003年01期

5 陳倩,穆環(huán)珍,黃衍初;木質(zhì)素復(fù)合肥的研制及其對(duì)肥料氮磷有效性的影響[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2003年01期

6 李建法,宋湛謙;木質(zhì)素磺酸鹽及其接枝產(chǎn)物作沙土穩(wěn)定劑的研究[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2002年01期

7 穆環(huán)珍,楊問(wèn)波,黃衍初;造紙黑液木質(zhì)素利用研究進(jìn)展[J];環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備;2001年03期

8 呂曉靜,楊軍,王迪珍,羅東山;木質(zhì)素的高附加值應(yīng)用新進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2001年05期

9 曹玲全,金英,李忠正;木質(zhì)素在肥料中的應(yīng)用[J];中華紙業(yè);1998年02期

10 張芝蘭,陸雍森;木質(zhì)素混凝劑的性質(zhì)及其應(yīng)用研究[J];水處理技術(shù);1997年01期

本文編號(hào)：2847418