鋁（Aluminum,Al）毒是酸性土壤上抑制植物生長發(fā)育、造成作物產(chǎn)量下降的主要因素之一。植物響應Al毒的生理策略包括外部排斥機制和內(nèi)部忍耐機制,前者公認的主要機制是Al誘導的有機酸分泌,而細胞壁的修飾作用則被認為是植物獲得耐Al性的另一個決定因素,但這些過程在信號轉(zhuǎn)導水平上如何被調(diào)控還知之甚少。我們期望從Al的上游信號感知和下游信號轉(zhuǎn)導兩個層面來闡釋植物如何響應Al毒信號并啟動這些抗Al機制,因此本論文重點關注處于Al信號轉(zhuǎn)導途徑上游的類受體激酶（Receptor-Like Kinases,RLKs）和處于下游的轉(zhuǎn)錄因子（Transcription Factors,TFs）。一方面,我們通過突變體Al敏感性篩選從300多個RLK T-DNA插入突變體中找到對Al表現(xiàn)超敏感的突變體rlkx;另一方面,我們課題組前期研究Al敏感轉(zhuǎn)錄因子突變體wrky47,發(fā)現(xiàn)其可能與細胞壁的修飾和Al的亞細胞分布有關。因此,本論文主要圍繞RLKx和WRKY47這兩個基因,在遺傳、生理、生化和分子等水平深入研究其功能,從而解析植物抗Al信號轉(zhuǎn)導的分子機制。下面是本文主要的研究結果:1.植物類受體激酶RL... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：134 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

細胞壁的結構

STOP1是組成型表達,但其調(diào)控的下游抗Al基因的表達受Al脅迫誘導(圖1.3;Delhaize等,2012)。這些結果表明STOP1可能在轉(zhuǎn)錄后水平上受到調(diào)控。Zhang等(2019b)為了探究STOP1的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制,構建了AtALMT1啟動子與報告基因熒光素酶(LUC)重組的載體,期望篩到調(diào)控STOP1的基因,結果克隆到一個編碼含F(xiàn)-box結構域的新基因RAE1(Regulation of AtALMT1expression 1),其編碼蛋白能泛素化降解STOP1,從而影響STOP1調(diào)控的下游基因表達以及對Al脅迫和低磷脅迫的響應,反過來,Al毒能部分抑制RAE1對STOP1的降解以穩(wěn)定STOP1蛋白。除此之外,STOP1也能通過直接結合RAE1啟動子來促進RAE1轉(zhuǎn)錄,因此STOP1和RAE1之間形成負反饋環(huán),調(diào)控STOP1蛋白的累積。盡管這些結果進一步表明維持耐A1性的STOP1穩(wěn)態(tài)需要翻譯后修飾,但是Al毒害阻止RAE1介導的STOP1降解的機制仍然未知。此外,不同植物中都有RAE1的同系物,這為將來提高Al毒敏感作物如大豆(Glycine max)對Al毒的抗性提供新的策略和手段。ART1/STOP1的鑒定和特點顯示,STOP1樣蛋白可能在相對廣泛的植物物種中調(diào)控多個耐Al基因的表達。迄今為止,已在多個物種中鑒定出功能類似STOP1的直向同源基因,包括小麥(Garcia-Oliveira等,2013)、煙草(Nicotiana tabacuw)、黑楊(Populus nigra)、百脈根(Lotus japonicas)、小立碗蘚(Physcomitrella patens)(Ohyama等,2013)、桉樹(Sawaki等,2014)、飯豆(Fan等,2015)、木豆(Cajanus cajan)(Daspute等,2018)、茶(Tea)(Zhao等,2018)、大豆(Wu等,2018)、甜高粱(Huang等,2018)和棉花(Gossypium spp)(Kundu等,2019)等。盡管上述STOP1樣蛋白在質(zhì)子耐受性的功能是保守的,但它們在Atstop1突變體中回復耐A1性的能力卻有所不同。STOP1樣蛋白具有保守的C2H2型鋅指結構域,但其N末端和C末端高度可變,需要進一步研究以確定這些STOP1樣蛋白在調(diào)節(jié)耐Al基因,特別是有機酸轉(zhuǎn)運蛋白基因表達中結構和功能的關系(Yang等,2019)。

植物RLKs根據(jù)有無胞外結構域可分兩大類:第一類是跨膜的RLKs,第二類是沒有胞外結構域的胞質(zhì)RLKs(Receptor-like cytoplasmic kinase,RLCKs)(Shiu和Bleecker,2001b)。擬南芥基因組中分布著600多個RLKs基因,其編碼400多個RLKs和200多個RLCKs,使RLKs家族成為擬南芥蛋白家族中最大的家族之一(Shiu和Bleecker,2001b)。根據(jù)其胞外域的氨基酸序列特點不同,RLKs又可分為六個亞家族(圖1.4;Zhu等,2018):1.4.2.1 S-RLK(S-domin)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋁誘導植物根系分泌有機酸陰離子的機理及其調(diào)控（英文）[J]. Jian-li YANG,Wei FAN,Shao-jian ZHENG.  Journal of Zhejiang University-Science B（Biomedicine & Biotechnology）. 2019(06)
[2]Alleviation by abscisic acid of Al toxicity in rice bean is not associated with citrate efflux but depends on ABI5-mediated signal transduction pathways[J]. Wei Fan,Jia Meng Xu,Pei Wu,Zhi Xin Yang,He Qiang Lou,Wei Wei Chen,Jian Fen Jin,Shao Jian Zheng,Jian Li Yang.  Journal of Integrative Plant Biology. 2019(02)
[3]類受體蛋白激酶在植物中的研究進展[J]. 朱巍巍,馬天意,張梅娟,沙偉.  基因組學與應用生物學. 2018(01)
[4]細胞壁在植物抗營養(yǎng)逆境中的作用及其分子生理機制[J]. 鄭紹建.  中國科學:生命科學. 2014(04)
[5]Protecting Cell Walls from Binding Aluminum by Organic Acids Contributes to Aluminum Resistance[J]. Ya-Ying Li1, Yue-Jiao Zhang2, Yuan Zhou1, Jian-Li Yang2 and Shao-Jian Zheng2(1Ministry of Agriculture Key Laboratory for Non-Point Pollution Control, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China; 2State Key Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry, College of Life Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China).  Journal of Integrative Plant Biology. 2009(06)

博士論文
[1]擬南芥細胞壁半纖維素結合鋁的機制及其調(diào)控[D]. 朱曉芳.浙江大學 2014
[2]擬南芥WRKY轉(zhuǎn)錄因子在非生物脅迫響應中的功能研究[D]. 丁忠杰.浙江大學 2014



本文編號：2997326