【摘要】：鈣是植物生長發(fā)育必需礦質(zhì)元素之一。目前Ca相關(guān)植物生物學(xué)研究主要集中在兩個方面:植物細(xì)胞吸收和儲存Ca~(2+)的分子機制;細(xì)胞質(zhì)Ca~(2+)作為第二信使介導(dǎo)植物內(nèi)源和環(huán)境信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機理。但是Ca~(2+)直接調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的分子機理尚未深入研究。擬南芥EDR2(ENHANCED DISEASE RESISTANCE2)蛋白含有三個預(yù)測結(jié)構(gòu)域:PH(Pleckstrin Homology)、START(STAR Transfer)和 DUF1336(Domain of Unknown Function 1336)。已有研究證明缺失AtEDR2的擬南芥突變體atedr2的葉片通過水楊酸途徑表現(xiàn)抗白粉菌的表型。但是有關(guān)AtEDR2蛋白確切的亞細(xì)胞定位和在植物Ca~(2+)依賴性生長方面的功能尚未有報道。本論文在這些方面的主要實驗結(jié)果如下:(1)AtEDR2啟動子活性主要集中在葉、根、花序和角果柄組織。在葉片表面的表皮毛中也有強活性,但缺失AtEDR2基因?qū)M南芥葉表面表皮毛的密度和性狀沒有明顯影響。通過構(gòu)建編碼AtEDR2全長和不同結(jié)構(gòu)域同綠色熒光蛋白GFP的融合基因,在煙草瞬時表達(dá)以后發(fā)現(xiàn),AtEDR2定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng),可以同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)標(biāo)記蛋白ER::mCherry共定位。同時AtEDR2的PH結(jié)構(gòu)域是AtEDR2在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位必需結(jié)構(gòu)域。(2)通過對比擬南芥野生型Col和atedr2突變體在含有不同濃度和種類的礦質(zhì)元素培養(yǎng)基上的生長,我們發(fā)現(xiàn)atedr2只有在Ca~(2+)養(yǎng)分缺乏的培養(yǎng)基上表現(xiàn)葉和根生長被顯著抑制的表型,證明AtEDR2特異性調(diào)節(jié)擬南芥Ca~(2+)依賴性根和葉的生長。無論生長在全營養(yǎng)還是Ca~(2+)缺乏培養(yǎng)基上,擬南芥Col和atedr2的根和葉的總鈣以及水溶性鈣含量沒有顯著差異。這說明atedr2低Ca~(2+)敏感的生長表型不是因為其吸收或是積累Ca~(2+)能力降低而導(dǎo)致的。我們在體外表達(dá)純化了帶有GST(Glutathione-S-Transferase)標(biāo)簽的AtEDR2結(jié)構(gòu)域片段,利用MicroCal iTC200微量熱等溫滴定量熱儀,證明AtEDR2的PH結(jié)構(gòu)域具有Ca~(2+)結(jié)合特性。有研究證明AtEDR2的PH結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合磷脂酰肌醇-4-磷酸PI4P,本研究的組織免疫熒光實驗證明AtEDR2不參與PI4P的分布,很有可能是通過PH結(jié)構(gòu)域的Ca結(jié)合特性調(diào)節(jié)Ca依賴生長。(3)基于蛋白組學(xué)數(shù)據(jù),我們對在Col和atedr2之間、豐度顯著變化蛋白對應(yīng)的基因突變體進行純合鑒定,進一步進行Ca依賴的生長表型分析,發(fā)現(xiàn)只有atstt3b基因缺失突變體同atedr2一樣,表現(xiàn)低Ca敏感表型。AtSTT3B基因被預(yù)測編碼位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的低聚糖糖基轉(zhuǎn)移酶,負(fù)責(zé)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)原生蛋白最初的糖基加載過程。盡管低Ca處理確實可以顯著提高總蛋白N-糖基化水平,但是,無論是生長在全營養(yǎng)還是Ca~(2+)缺乏培養(yǎng)基上,擬南芥Col和atedr2突變體之間,總蛋白N-糖基化程度沒有區(qū)別。證明AtEDR2不參與低鈣脅迫對蛋白N-糖基化的調(diào)節(jié)。(4)基于芯片的表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn),低Ca處理誘導(dǎo)大量和過氧化物以及水楊酸積累相關(guān)基因的表達(dá)。組織化學(xué)染色也證明在低Ca的情況下,atedr2突變體的葉片比野生型Col積累更多的過氧化氫。同時這些基因的轉(zhuǎn)錄水平在atedr2突變體內(nèi)升高的倍數(shù)顯著高于野生型Col,證明AtEDR2負(fù)調(diào)控低Ca誘導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。在atedr2-6/ein2-1雙突變體中,阻斷atedr2-6突變體內(nèi)乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對atedr2-6在低Ca條件下生長受抑制的表型沒有影響。但是阻斷水楊酸的合成可以部分恢復(fù)atedr2-6在低Ca條件下生長受抑制的表型。這表明水楊酸合成途徑部分參與了 AtEDR2介導(dǎo)的Ca依賴性生長過程。
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【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q945

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 Kentaro Ifuku;Seiko Ishihara;Fumihiko Sato;;Molecular Functions of Oxygen-Evolving Complex Family Proteins in Photosynthetic Electron Flow[J];Journal of Integrative Plant Biology;2010年08期

2 Peter K.Hepler;Lawrence J.Winship;;Calcium at the Cell Wall-Cytoplast Interface[J];Journal of Integrative Plant Biology;2010年02期

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本文編號：2439268