本文選題：干旱脅迫 + MAPK級聯(lián)途徑��； 參考：《山東農(nóng)業(yè)大學》2016年博士論文

【摘要】：由于植物固著生活,因此在它們的一生中需要忍受各種環(huán)境脅迫所帶來的傷害,例如干旱、高鹽、極端溫度等。在所有這些脅迫中,干旱脅迫對植物的傷害最大,嚴重影響了植物的生長發(fā)育及地理分布,已成為當前限制作物生產(chǎn)的最主要因素。經(jīng)過長期進化,植物本身已經(jīng)擁有了敏感且精細復雜的機制來應答干旱脅迫。完整的干旱響應途徑組分包括干旱感受器、信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡、轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及干旱響應蛋白或代謝物的合成,最幫助植物體抵御外界干旱脅迫條件。到目前為止,研究人員已經(jīng)在擬南芥體內(nèi)鑒定出兩條干旱脅迫響應途徑,包括ABA依賴的響應途徑和ABA不依賴的響應途徑。但是在現(xiàn)階段,有關植物干旱脅迫響應調(diào)節(jié)機制的探索還是片段化的,尤其是上游的信號轉(zhuǎn)導組分鮮有報道。促絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)級聯(lián)途徑是一類在真核生物中廣泛存在的重要的信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡。經(jīng)典的MAPK級聯(lián)途徑包括三個必須的激酶組分:MAPKKK、MAPKK和MAPK,通過順序磷酸化而發(fā)揮功能。擬南芥全基因組測序結(jié)果顯示,擬南芥中約有80個MAPKKK、10個MAPKK和20個MAPK,所有這些成員交叉組合在一起為擬南芥體內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導提供廣泛且精細的調(diào)控網(wǎng)絡。在植物體內(nèi),MAPK級聯(lián)途徑在多種生物學過程中都發(fā)揮著重要作用,包括細胞分裂、激素響應、體內(nèi)活性氧平衡調(diào)節(jié)、植物發(fā)育、衰老以及多種生物和非生物脅迫響應過程。本研究探索了擬南芥MAPKKK18基因及其介導的MAPK級聯(lián)途徑在干旱脅迫響應過程中的重要調(diào)節(jié)作用,主要結(jié)果如下:(1)MAPKKK18是擬南芥MEKK家族成員之一,MAPKKK18的T-DNA插入突變體對干旱脅迫超敏感,超表達轉(zhuǎn)基因株系具有更強的干旱脅迫耐受力。(2)葉片失水率檢測發(fā)現(xiàn),mapkkk18突變體的失水率要高于野生型而超表達株系的失水率低于野生型。對影響葉片水分蒸發(fā)或者失水率的兩個主要因素葉片氣孔密度和氣孔開度分析發(fā)現(xiàn),野生型、突變體和超表達株系蓮座葉的氣孔密度并沒有明顯的差別;在正常條件下,野生型、突變體和超表達株系蓮座葉的氣孔開度也沒有差異,但是ABA處理條件下超表達株系的氣孔開度要明顯小于野生型,而突變體的氣孔開度要大于野生型。表明MAPKKK18通過控制氣孔開度來影響葉片失水率。(3)qRT-PCR和GUS染色分析表明,MAPKKK18在轉(zhuǎn)錄水平可以明顯被滲透脅迫和ABA誘導上調(diào),這與MAPKKK18參與干旱脅迫響應一致。但是在aba2和pyr1pyl1pyl2pyl4 ABA受體四突變體中MAPKKK18卻幾乎不受滲透脅迫誘導,并且在abi1、abi2、abi4和abi5突變體中被誘導的倍數(shù)也要明顯低于野生型。這表明MAPKKK18的滲透脅迫誘導表達是植物內(nèi)源ABA和ABA信號途徑依賴的。另外,組織表達模式分析表明MAPKKK18在擬南芥根和花序中的表達量明顯高于其他組織。(4)為鑒定MAPKKK18下游的靶蛋白,我們利用酵母雙雜交進行了MAPKKK18與所有10個MAPKK蛋白的互作分析,結(jié)果表明只有MAPKK3可以與MAPKKK18在酵母體內(nèi)發(fā)生互作。免疫共沉淀實驗證實二者也可以在體內(nèi)發(fā)生互作。同時蛋白激酶活性檢測發(fā)現(xiàn)MAPKKK18可以將MAPKK3磷酸化。表明MAPKKK18通過與MAPKK3在體內(nèi)發(fā)生互作并將其磷酸化參與調(diào)控擬南芥干旱脅迫響應過程。(5)qRT-PCR分析發(fā)現(xiàn),MAPKK3和MAPKKK18具有相似的組織表達模式。但是MAPKK3在轉(zhuǎn)錄水平上并不受ABA、甘露醇和PEG的誘導上調(diào)。對mapkk3突變體的抗旱性分析顯示,干旱處理后mapkk3突變體的存活率要明顯低于野生型,葉片失水率高于野生型,表明MAPKK3是擬南芥干旱脅迫響應的正調(diào)因子。(6)為鑒定MAPKK3下游的靶蛋白,利用酵母雙雜交分析了MAPKK3與所有20個MAPK的蛋白互作情況,結(jié)果表明MAPKK3在酵母體內(nèi)可以和MAPK1、MAPK2、MAPK7、MAPK13和MAPK14五個MAPK發(fā)生互作。因此,我們尋找到了一條參與擬南芥干旱脅迫響應的MAPK級聯(lián)途徑,包括MAPKKK18、MAPKK3以及MAPK1/2/7/13/14。(7)在abi4與abi5突變體中,PEG處理后MAPKKK18的誘導表達量明顯低于野生型,表明ABI4和ABI5可能是MAPKKK18上游的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。利用煙草葉片瞬時轉(zhuǎn)化分析以及染色質(zhì)免疫共沉淀分析發(fā)現(xiàn),ABI4和ABI5可以直接結(jié)合MAPKKK18的啟動子區(qū)從而作為其上游的轉(zhuǎn)錄激活因子發(fā)揮功能。
[Abstract]:In this study , there are 80 MAPKKK , 10 MAGs and 20 MAPK pathways in Arabidopsis thaliana . ( 3 ) The expression of MAPKK3 was significantly lower than that of wild type .
【學位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q945.78;Q943.2

【參考文獻】

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1 ;A Novel Mitogen-Activated Protein Kinase Gene in Maize (Zea mays),ZmMPK3,is Involved in Response to Diverse Environmental Cues[J];Journal of Integrative Plant Biology;2010年05期

2 Michael Baum;Stefania Grando;Salvatore Ceccarelli;;Evaluation of Chlorophyll Content and Fluorescence Parameters as Indicators of Drought Tolerance in Barley[J];Agricultural Sciences in China;2006年10期

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本文編號：2020606