水稻磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C4（OsPLC4）调节水稻渗透胁迫响应及生长发育

发布时间：2020-04-26 01:02

【摘要】：高盐、干旱等渗透胁迫严重影响着作物的生长发育和高产稳产。研究表明植物磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C(phosphatidylinositol-specific phospholipase C,PI-PLC)的转录受非生物逆境的诱导并在响应非生物逆境胁迫中起重要的调节作用,但其发挥作用的机理尚不清楚。本研究主要探讨了水稻OsPLC4在盐、旱逆境响应过程中的作用和机制,主要结果如下:1.水稻基因组中预测含有4个PI-PLC基因,它们都具有3个保守结构域:X结构域、Y结构域和C2结构域。通过进化树分析表明水稻4个PI-PLC与拟南芥的9个PI-PLC没有归入同一进化分支中,OsPLC4与其它水稻PI-PLC及其它植物PI-PLC相似性低。OsPLC4的基本生化特性分析表明原核表达的OsPLC4在体外具有水解磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)及其磷酸化衍生物而生成二酰甘油(diacylglycerol,DAG)的活性,其对底物偏好性的强弱依次为磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PIP_2)㧐磷脂酰肌醇-4-磷酸(Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PI4P)㧐PI。OsPLC4水解PI的活性具有钙离子依赖性,在50 mmol/L Ca~(2+)浓度条件下活性最高,最适pH值为6.5到7.5之间。OsPLC4的转录水平检测结果显示其在幼嫩植株及分蘖期植株的根、叶中转录水平相对较高,而高盐、脱水、脱落酸(abscisic acid,ABA)和生长素(Indole-3-acetic acid,IAA)的处理能显著地诱导OsPLC4在叶或根中的转录。高盐与脱水也能诱导叶中OsPLC4蛋白水平的升高,而OsPLC4蛋白主要定位于内质网膜和质膜上。2.OsPLC4对植株耐盐和抗旱具有正向调节作用,其通过脂信号和钙信号2条途径来调节水稻的渗透胁迫响应。OsPLC4的2个不同位点T-DNA插入突变体plc4-1、plc4-2与它们各自对应的野生型相比对盐、旱胁迫处理都更敏感。OsPLC4回补表达转化株系能够缓解plc4-1在高渗胁迫下的敏感程度。而OsPLC4超量表达转化株系能够提高水稻对盐、旱的抗逆性及植株存活率。盐处理前后,在检测OsPLC4的直接产物及与其密切相关信号分子的结果中发现磷脂酸(Phosphatidic acid,PA)、1,4,5-三磷酸肌醇(1,4,5-inositol triphosphate,IP_3)和钙离子含量的变化与OsPLC4响应盐胁迫的功能密切相关。不同的遗传材料在盐处理后叶片中PA含量都升高,但其升高幅度OE8中最高,plc4-1中最低。体外添加DAG、PA能够缓解plc4-1对盐的敏感性。而在DAG与DAG激酶抑制剂同时存在下DAG不能回补plc4-1对盐的敏感性。OsPLC4的缺失减弱IP_3和钙离子对盐胁迫的响应,也降低了一些钙离子感受器及渗透胁迫响应基因在盐逆境处理中转录水平升高的幅度。3.除了参与渗透胁迫响应OsPLC4还参与水稻生长发育或其它生理过程。OsPLC4缺失的突变体plc4-1弱化种子休眠,降低ABA抑制种子萌发的敏感性,同时还增强离体叶片水分散失。OsPLC4的缺失减弱水稻冠根的发生,而OsPLC4超表达则导致植株对IAA组成型响应。OsPLC4的缺失还导致花粉粒育性、种子结实率显著下降。综上所述OsPLC4具有多方面的功能,它影响着水稻的生长、发育及渗透胁迫响应,而且它通过脂信号和钙信号2条途径来调节水稻的渗透胁迫响应。
【图文】：

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1.1 植物非生物逆境胁迫响应过程（修改自 Hirayama and Shinozaki, 2010.1 Amodel of plant response to abiotic stress (modified from Hirayama and S2010).钙离子信号与非生物逆境植物生长中必需的营养元素之一，，它在植物细胞中有 3 种存在形钙和贮存钙(White and Broadley, 2003)。游离钙以自由状态的离子静息状态下其含量极低，在 10-7mol/L 左右；结合钙与一些蛋白存钙占总钙含量的 80%，在内质网、液泡、线粒体等细胞器中贮存(, 2003)。逆境刺激时，植物细胞质膜上的钙离子通道打开，存在于中的钙离子进入细胞内，大量贮存在细胞器中的钙离子也被释放([Ca2+]cyt)浓度瞬间大幅度上升，钙离子感应器结合钙离子后其蛋

钙信号,钙离子,机制,感应器

水稻磷脂酰肌醇特异性磷脂酶 C4(OsPLC4)调节水稻渗透胁迫响应和生长发育白仅有与钙离子结合的功能没有效应功能，它们与钙离子结变进而结合并调节下游靶蛋白的活性及功能，产生细胞效应号反应感应器主要由钙离子依赖型蛋白激酶(Ca2+dependent pr，这类钙离子感应器除了具有与钙离子结合的 EF-手型（EF蛋白激酶结构域(Dodd et al., 2010)。几种重要钙离子感应器 1.2。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511

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