發(fā)布時間：2019-02-16 21:50

【摘要】：氣孔,作為CO2同化和水分蒸騰的通道,在調(diào)控植物生長發(fā)育及應(yīng)對環(huán)境脅迫的過程中發(fā)揮重要作用。擬南芥的氣孔運動受到生物因素(如病原菌入侵)和非生物因素(如干旱和光照)的精細調(diào)節(jié)。例如,植物激素ABA和細菌鞭毛蛋白上的保守多肽Flg22均能有效誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉。迄今為止,人們在ABA及Flg22信號誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉機制的研究領(lǐng)域取得了一些進展。陰離子通道SLAC1是ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路下游的的關(guān)鍵靶標,其活性受到OST1、GHR1、CPKs等多個激酶的調(diào)控。也有文獻報道Flg22信號可能通過刺激SLAC1陰離子電流進而促使氣孔關(guān)閉。然而,Flg22介導(dǎo)SLAC1激活的具體分子機理并不清楚。同時,ABA及Flg22信號通路在保衛(wèi)細胞中的互作機制仍有待研究。本研究通過篩選300個T-DNA插入的類受體激酶突變體,發(fā)現(xiàn)fs2突變體對干旱敏感,離體葉片失水率快于野生型,葉片表面溫度較低;突變體氣孔運動對ABA處理響應(yīng)減弱。在轉(zhuǎn)錄水平上,FLS2基因表達受到ABA誘導(dǎo)。這些結(jié)果說明FLS2可能在ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉過程中發(fā)揮作用。螢光素酶互補實驗、Co-IP以及Pull-down等實驗分析表明,FLS2蛋白及其共受體BAK1與陰離子通道SLAC1蛋白互作。體外磷酸化實驗及質(zhì)譜檢測證明,FLS2可磷酸化SLAC1蛋白氨基端(N-SLAC1)的Ser86、Ser113和Ser120,而BAK1可作用于Ser59、Ser86以及Thr142。這些生化結(jié)果表明SLAC1可能是FLS2和BAK1的底物蛋白。在卵母細胞體系中,Flg22誘導(dǎo)的FLS2-BAK1復(fù)合體能激活SLAC1的陰離子電流。位于N-SLAC1的Ser59和Ser86在FLS2-Flg22-BAK1介導(dǎo)的SLAC1激活過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。體外條件下,BIK1能磷酸化SLAC1的N端和C端。而電生理實驗表明FLS2-Flg22-BAK1激活SLAC1的過程獨立于BIK1。在fls2 bk1及fls2 slac1雙突變體中,ABA及Flg22誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉過程均被阻斷。膠內(nèi)磷酸化實驗證明Flg22處理可激活OST1,這一過程部分依賴于BAK1,但不依賴FLS2。FLS2突變導(dǎo)致Flg22誘導(dǎo)的BAK1-OST1互作和OST1激活提前。在卵母細胞中,BAK1可以增強OST1激活的SLAC1的陰離子電流。ABA信號通路中的負調(diào)控因子ABI1與FLS2互作,并抑制FLS2對N-SLAC1的磷酸化作用。綜上所述,本研究證明FLS2蛋白是保衛(wèi)細胞中ABA信號和Flg22信號互作的節(jié)點,并初步揭示了其參與ABA及Flg22誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉的分子機制。在氣孔免疫中,Flg22誘導(dǎo)的FLS2-BAK1復(fù)合物以及Flg22激活的OST1直接調(diào)控SLAC1,促進氣孔關(guān)閉。在干旱脅迫下,ABA解除了 ABI1對FLS2的抑制作用,活化的FLS2可能通過作用于SLAC1調(diào)節(jié)氣孔運動。這一研究有助于深刻理解生物脅迫和非生物脅迫在擬南芥保衛(wèi)細胞中形成的復(fù)雜信號網(wǎng)絡(luò)。
[Abstract]:Stomata, as a pathway of CO2 assimilation and water transpiration, play an important role in regulating plant growth and development and coping with environmental stress. The stomatal movement of Arabidopsis thaliana is regulated by biological factors (such as pathogen invasion) and abiotic factors (such as drought and light). For example, plant hormone ABA and conserved polypeptide Flg22 on bacterial flagellin can effectively induce stomatal closure. Up to now, some progress has been made in the field of stomatal closure induced by ABA and Flg22 signals. Anion channel SLAC1 is a key target downstream of ABA signal transduction pathway and its activity is regulated by several kinases such as OST1,GHR1,CPKs. It has also been reported that Flg22 signals may induce stomatal closure by stimulating SLAC1 anion currents. However, the specific molecular mechanism of SLAC1 activation mediated by Flg22 is unclear. At the same time, the interaction mechanism of ABA and Flg22 signaling pathway in guard cells remains to be studied. In this study, 300 T-DNA inserted receptor-like kinase mutants were screened. It was found that fs2 mutants were sensitive to drought, the water loss rate of leaves in vitro was faster than that of wild type, and the surface temperature of leaves was lower, and stomatal movement of fs2 mutants was less responsive to ABA treatment. At the transcriptional level, FLS2 gene expression was induced by ABA. These results suggest that FLS2 may play a role in the stomatal closure induced by ABA. Luciferase complementary assay, Co-IP and Pull-down analysis showed that FLS2 protein and its coreceptor BAK1 interacted with anion channel SLAC1 protein. In vitro phosphorylation test and mass spectrometric analysis showed that FLS2 phosphorylated SLAC1 protein amino terminal (N-SLAC1) Ser86,Ser113 and Ser120, while BAK1 could act on Ser59,Ser86 and Thr142.. These biochemical results suggest that SLAC1 may be the substrate protein of FLS2 and BAK1. In oocyte system, FLS2-BAK1 complex induced by Flg22 can activate the anion current of SLAC1. Ser59 and Ser86 located in N-SLAC1 play a key role in SLAC1 activation mediated by FLS2-Flg22-BAK1. In vitro, BIK1 can phosphorylate the N-terminal and C-terminal of SLAC1. Electrophysiological experiments show that FLS2-Flg22-BAK1 activates SLAC1 independently of BIK1.. In both fls2 bk1 and fls2 slac1 mutants, the stomatal closure induced by ABA and Flg22 was blocked. Intracellular phosphorylation experiments showed that Flg22 treatment could activate OST1, partly dependent on BAK1, but not dependent on FLS2.FLS2 mutation leading to BAK1-OST1 interaction induced by Flg22 and early activation of OST1. In oocytes, BAK1 could enhance the anion current of SLAC1 activated by OST1, the interaction of ABI1 and FLS2 in the ABA signaling pathway, and inhibit the phosphorylation of N-SLAC1 by FLS2. In conclusion, this study demonstrated that FLS2 protein is the node of interaction between ABA signal and Flg22 signal in guard cells, and preliminarily revealed the molecular mechanism of its involvement in ABA and Flg22 induced stomatal closure. In stomatal immunity, Flg22-induced FLS2-BAK1 complexes and Flg22-activated OST1 directly regulated SLAC1, to promote stomatal closure. Under drought stress, ABA removed the inhibitory effect of ABI1 on FLS2, and activated FLS2 may regulate stomatal movement by acting on SLAC1. This study contributes to a profound understanding of the complex signaling networks formed in Arabidopsis thaliana guard cells under biotic and abiotic stresses.
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q945

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本文編號：2424868