【摘要】：微絲蛋白是一類普遍存在于真核生物細(xì)胞中的絲狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),始終處于解聚聚合的動(dòng)態(tài)變化中。植物中的微絲動(dòng)態(tài)變化參與多種細(xì)胞過(guò)程的調(diào)控,如細(xì)胞分裂,細(xì)胞形態(tài)建成,細(xì)胞運(yùn)動(dòng),細(xì)胞極性生長(zhǎng)等。近年來(lái)的研究表明微絲骨架的動(dòng)態(tài)變化也參與調(diào)控植物對(duì)生物及非生物脅迫的響應(yīng)。細(xì)胞內(nèi)的微絲動(dòng)態(tài)變化受到多種微絲結(jié)合蛋白及微絲相關(guān)因子的調(diào)控。保衛(wèi)細(xì)胞的開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)是植物對(duì)外界刺激響應(yīng)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制。保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)微絲的重排參與調(diào)控保衛(wèi)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。越來(lái)越多的研究表明保衛(wèi)細(xì)胞中微絲的排列方向及絲束的粗細(xì)、密度等性狀特征與保衛(wèi)細(xì)胞的開(kāi)度密切相關(guān)。但是關(guān)于參與保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)微絲動(dòng)態(tài)變化調(diào)節(jié)的具體蛋白因子我們了解的并不多。本文運(yùn)用正向遺傳學(xué)方法,通過(guò)對(duì)ABRC訂購(gòu)的T-DNA突變體株系施行離體葉片失水實(shí)驗(yàn)分析,篩選得到一個(gè)失水快的突變體scrp1。該突變體在擬南芥SCRP1基因上有T-DNA插入,造成SCRP1基因的功能缺失。SCRP1基因編碼一個(gè)絲/蘇氨酸蛋白激酶。我們的研究結(jié)果表明SCRP1基因的表達(dá)受ABA的誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào),參與ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉的調(diào)節(jié)。SCRP1與微絲蛋白具有相關(guān)性,在細(xì)胞內(nèi)與微絲蛋白共定位,在保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)具有穩(wěn)定微絲的作用,且參與保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)微絲動(dòng)態(tài)變化的調(diào)節(jié)。但SCRP1并不直接結(jié)合微絲蛋白,且對(duì)微絲的聚合解聚過(guò)程沒(méi)有直接作用。我們研究發(fā)現(xiàn)SCRP1能夠與微絲解聚因子ADF4有互作,而且能夠磷酸化ADF4,抑制ADF4的微絲解聚活性。SCRP1的缺失造成植物體具有失水快,對(duì)ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉反應(yīng)遲緩,氣孔中的微絲表現(xiàn)為再聚合的程度下降的表型。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)ADF4功能缺失突變體對(duì)失水脅迫和ABA處理都表現(xiàn)為不敏感,氣孔中的微絲聚合成束的程度嚴(yán)重。ADF4的過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株氣孔關(guān)閉表型與scrp1突變體表型相似,都表現(xiàn)為氣孔關(guān)閉對(duì)ABA處理不敏感。在scrp1突變體背景下敲除ADF4可以部分恢復(fù)scrp1突變體失水快和ABA處理后氣孔關(guān)閉遲緩的表型。我們的研究表明SCRP1參與氣孔關(guān)閉過(guò)程中的微絲動(dòng)態(tài)變化的調(diào)節(jié),這個(gè)過(guò)程是通過(guò)與ADF4互作,磷酸化ADF4,抑制ADF4微絲解聚活性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及意義:1.前人的研究表明微絲解聚因子ADF是一類主要的微絲解聚蛋白,它的活性受磷酸化的調(diào)控,但在擬南芥中已知的能夠磷酸化ADF的磷酸激酶并不多,本文首次報(bào)道了SCRP1也能夠磷酸化ADF,這對(duì)于ADF的功能探索意義重大。2.目前的研究對(duì)能夠調(diào)節(jié)保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)微絲動(dòng)態(tài)的激酶知道的并不多,本文首次報(bào)道了SCRP1作為一類新的微絲相關(guān)磷酸激酶,通過(guò)磷酸化ADF,抑制ADF微絲解聚活性,調(diào)控微絲動(dòng)態(tài)變化,從而調(diào)節(jié)氣孔運(yùn)動(dòng)。這對(duì)于研究植物細(xì)胞骨架如何通過(guò)調(diào)節(jié)保衛(wèi)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)來(lái)響應(yīng)外界信號(hào)刺激具有重要的貢獻(xiàn)。
[Abstract]:Microfilaments are a kind of filamentous network which is ubiquitous in eukaryotic cells and is always in the dynamic process of depolymerization. The dynamic changes of microfilaments in plants are involved in the regulation of many cell processes, such as cell division, cell morphogenesis, cell movement, cell polarity growth and so on. Recent studies have shown that the dynamic changes of microfilament skeleton are also involved in the regulation of plant responses to biotic and abiotic stresses. The dynamic changes of microfilaments in cells are regulated by various microfilament binding proteins and microfilament related factors. The switch movement of guard cells is an important regulation mechanism of plant response to external stimuli. The rearrangement of microfilaments in guard cells is involved in the regulation of the movement of guard cells. More and more studies have shown that the orientation of microfilaments, the thickness and density of filaments in guard cells are closely related to the opening of guard cells. However, we do not know much about the specific protein factors involved in the regulation of microfilaments in guard cells. In this paper, by using the method of forward genetics, a mutant scrp1. with fast loss of water was obtained by the experimental analysis of leaf water loss of T-DNA mutants ordered by ABRC. The mutant has T-DNA insertion into the Arabidopsis SCRP1 gene, resulting in a functional deletion of the SCRP1 gene. The SCRP1 gene encodes a silk / threonine protein kinase. Our results showed that the expression of SCRP1 gene was up-regulated by ABA, which was involved in the regulation of stomatal closure induced by ABA. SCRP1 was associated with microfilament protein and was colocated with microfilament protein in cells. It has the function of stabilizing the microfilaments in the guard cells and participates in the regulation of the dynamic changes of the microfilaments in the guard cells. However, SCRP1 does not directly bind to microfilament proteins and has no direct effect on the polymerization and depolymerization of microfilaments. We found that SCRP1 could interact with microfilament depolymerization factor ADF4, and phosphorylated ADF4, could inhibit the depolymerization activity of ADF4. The absence of SCRP1 resulted in fast water loss and slow response to ABA induced stomatal closure. The microfilaments in the stomata showed the phenotype of decreasing degree of repolymerization. At the same time, we also found that ADF4 functional deletion mutants were insensitive to water loss stress and ABA treatment, and the microfilament aggregation in stomata was serious. The stomatal closure phenotype of ADF4 overexpression transgenic plants was similar to that of scrp1 mutant. Both showed that stomatal closure was insensitive to ABA treatment. Knockout of ADF4 in the background of scrp1 mutants could partially restore the phenotype of fast water loss of scrp1 mutants and delayed stomatal closure after ABA treatment. Our results show that SCRP1 is involved in the regulation of the dynamic changes of microfilaments during stomatal closure, which is achieved by interacting with ADF4 and phosphorylating ADF4, to inhibit the depolymerization activity of ADF4 microfilaments. The main innovation points and significance of this paper are as follows: 1. Previous studies have shown that microfilament depolymerization factor (ADF) is a major type of microfilament depolymerizing protein, and its activity is regulated by phosphorylation, but there are few phosphokinase known to phosphorylate ADF in Arabidopsis thaliana. This paper reports for the first time that SCRP1 can also phosphorylate ADF, which is of great significance for exploring the function of ADF. 2. Little is known about kinases that regulate the dynamics of microfilaments in guard cells. SCRP1, as a new type of microfilament-associated phosphokinase, has been reported for the first time to inhibit the depolymerization of ADF microfilaments by phosphorylated ADF,. Adjust the dynamic change of microfilament, thus adjust the stomatal movement. This is an important contribution to the study of how plant cytoskeleton responds to external signal stimuli by regulating the movement of guard cells.
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q945

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本文編號(hào)：2315586