水稻锌指蛋白转录因子HST在高温胁迫应答中的功能研究

发布时间：2020-08-23 13:17

【摘要】：随着全球变暖,高温导致水稻减产现象频繁发生,给世界粮食安全带来危机。为了应对全球变暖导致的粮食减产,开发耐热水稻品种,探究水稻响应高温胁迫的生理分子机制,克隆耐高温基因并进行功能研究至关重要。实验室前期获得了一份耐高温突变体hst(heat stress tolerance),并图位克隆了HST锌指蛋白转录因子基因。为了明确其在水稻高温胁迫响应中的具体机制,我们以野生型ZH11、突变体hst、互补转基因植株HST-hst和HST-GUS-hst转基因植株为材料进行研究,取得了以下研究结果:1.生物信息学预测发现HST蛋白存在信号肽,主要定位于细胞膜上,三维结构分析发现HST蛋白属于C2H2锌指蛋白。对HST-GUS-hst转基因植株的多个部位进行GUS染色,发现HST基因在水稻的根部、叶片、节和花药中均有表达。HST与GFP融合蛋白的亚细胞定位研究发现,HST主要定位于水稻细胞的细胞核上。2.42℃高温胁迫下,与野生型ZH11和互补转基因植株HST-hst相比,突变体hst萎蔫数量较少,失水率较低,相对含水量和存活率较高。进一步生理指标测定发现,突变体hst中的POD和SOD活性降低,H_2O_2含量增加,MDA含量降低。我们推测由于HST转录因子功能缺失,导致突变体hst中H_2O_2含量增加,诱导气孔关闭,使得水稻保持较高的含水量,从而增强突变体hst的耐高温性。3.42℃高温胁迫下,与野生型ZH11相比,突变体hst中编码清除H_2O_2的过氧化物酶基因PRX24的表达量降低,这与高温胁迫下突变体hst叶片中较高的H_2O_2含量相符。高温胁迫下,与野生型ZH11相比,突变体hst中热激蛋白Hsps基因的表达量更高,表达上升更快速。表明由于H_2O_2的高积累导致突变体hst中Hsp17.0、Hsp24.1、Hsp26.7、Hsp58.7、Hsp74.8和Hsp80.2的表达量的升高,Hsps作为H_2O_2的感受器,在突变体hst耐高温过程中起重要作用。4.本论文利用H_2O_2生成抑制剂DPI对野生型ZH11、突变体hst和互补转基因植株HST-hst水稻进行处理。42℃高温胁迫下,DPI处理后的野生型ZH11、突变体hst和互补转基因植株HST-hst的水稻均全部萎蔫,且野生型ZH11、突变体hst的H_2O_2含量与对照组相比显著降低,DPI处理后水稻中的PRX24和Hsps的表达量均比对照组低。这些结果进一步验证了H_2O_2作为信号分子,诱导Hsps基因快速表达,在突变体hst耐高温过程中发挥重要作用。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943.2;S511
【图文】：

中国计量大学硕士学位论文行的双链 β-折叠，使得 C2H2 锌指具有稳定且相对独立的蛋白质区域。C指蛋白（也称为 TFIIIA 锌指蛋白）通常被描述为 CX2-4CX3FX5LX2HX3-5H]。这些蛋白的基序和空间结构如图 1.1 所示。植物锌指蛋白不同于其他真物，它具有两个显著的结构特征。首先，植物中两个相邻的锌指结构间隔，并且其长度是可变的；在动物锌指蛋白中，大多数结构的序列非常短，只有 7 个氨基酸，被称为 HC 连接[98]，比如在果蝇和酵母中观察到的序1]。第二个特征是锌指蛋白的 -螺旋，这个螺旋具有独特和高度保守的序ALGGH，其特定存在于植物锌指蛋白中。到目前为止，这个序列还没有在生物体中发现，表明它可能已经在植物中有了特定的调控过程[102, 122]。

中国计量大学硕士学位论文结构[123]。例如，小鼠中的 Zif268 是研究 C2H2 锌指如何与模型[124]。如图 1.2 所示，Zif268 锌指蛋白具有三个“手指”有类似的连接，以 -螺旋的 N-末端部分的残基来连接 DN在 Zif268-DNA 复合物中，大部分的碱基连接-1、2、3 和 6旋的起始编号，其中-1 指连在螺旋之前的残基）处的氨基呤（GCG/TGG/GCG）的 -螺旋相结合[125]。RNA 的识别架与 C2H2 锌指蛋白之间的结合[126, 127]。关于蛋白质识别，以与相似类型的锌指蛋白或其他蛋白质相互作用并调节相。例如，ZAT12 编码 C2H2 锌指蛋白，并且是 ZAT7 在氧化应[129]。低温胁迫下，ZAT12 在 ZAT10 上游起作用[130]。不同的互作用需要进一步研究。

中国计量大学硕士学位论文组：triple-C2H2（tC2H2）锌指、multiple-adjacent-C2H2（maCeparated-paired-C2H2（spC2H2）锌指[131]。tC2H2 锌指蛋白含有个手指形成两个 β-折叠和一个 -螺旋。maC2H2 锌指蛋白含有手指，以相似的间隔彼此相连。spC2H2 锌指蛋白具有几个 C2图 1.3）。

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本文编号：2801574