拟南芥氨基酸转运体AAT1调控盐胁迫下主根伸长的机制研究

发布时间：2020-08-24 08:23

【摘要】：根对植物的生长发育具有极其重要的作用,根的生长受到许多逆境因子如高盐、干旱等的调控。盐胁迫下,主根的生长受到抑制,进而使植物整体发育受损。植物处于高盐环境时,体内的一些氨基酸含量发生显著变化,这些变化影响主根的发育。氨基酸是生命过程所必须的,氨基酸转运体将氨基酸运送到植物体的各个部位,在植物生长发育过程中发挥重要作用,但氨基酸转运体是否在盐胁迫调控主根发育中起作用,具体作用机制如何均未见报道。本课题通过筛选发现盐胁迫下氨基酸转运体AAT1(Amino acid transporter1)基因缺失突变体aat1-1和aat1-2的主根伸长比野生型(WT)更为敏感,我们进一步研究了AAT1基因的组织表达,蛋白亚细胞定位,并研究了其在调控盐胁迫抑制主根伸长中的作用及机制,主要结果如下:35S::AAT1-YFP转基因植株显示AAT1定位在质膜。GUS染色发现AAT1主要在叶片、下胚轴、根部以及果荚中表达。AAT1的表达受盐胁迫诱导。盐胁迫下aat1-1和aat1-2的分生区长度短于WT,分生区细胞数目少于WT,但细胞长度无明显差异,说明盐胁迫下AAT1的缺失抑制了根分生组织细胞的分裂从而使分生区长度变短。外源施加低浓度的生长素能减小NaCl处理下aat1与WT根长的差异,同时用生长素输出抑制剂NPA(Naphthyl phthalamic acid)处理aat1与WT,其表型与NaCl处理下的表型相似。利用qRT-PCR技术对WT和aat1的生长素输出载体PIN1(PIN-FORMED1)、PIN2、PIN3、PIN4和PIN7以及输入载体AUX1(AUXIN1)基因表达进行分析,结果显示,盐胁迫下aat1突变体PIN4、PIN7以及AUX1的表达量显著低于WT。将aat1突变体与DR5::DR5-GFP以及PIN-GFP植株杂交,并用100 mM NaCl处理杂交后代,观察荧光,结果表明,AAT1基因的缺失主要抑制了PIN4和PIN7的表达,改变了生长素原有的分布模式,使体内生长素含量降低,进而抑制主根的伸长。通过qRT-PCR对NaCl处理下的WT和aat1的G2/M特异性基因CYCB1;1(CYCLINB1;1)的表达进行分析,发现aat1株系CYCB1;1的表达量低于WT,同时利用GUS染色法对NaCl处理前后的WT和aat1 CYCB1;1的表达进行分析,染色结果与定量结果类似,说明盐胁迫下AAT1基因的缺失导致CYCB1;1表达下调进而抑制了分生组织细胞的分裂。生物信息学分析发现,转录因子MYB73和MYB77可能与AAT1启动子区结合。表达分析结果表明在100 mM NaCl处理12 h时aat1中MYB73的表达量低于WT,其他时间点二者无明显差异。盐处理3 h时,aat1中MYB77的表达量显著低于WT。利用酵母单杂交和EMSA(Electrophoretic mobility shift assay)技术发现,转录因子MYB77可与AAT1启动子上游区域结合,而MYB73不能与其结合,说明盐胁迫下MYB77可能参与调控AAT1的转录。aat1对高浓度的氨基酸不敏感。在高浓度组氨酸、丝氨酸、异亮氨酸、丙氨酸或脯氨酸处理下aat1的存活率显著高于WT,表明AAT1可参与这些氨基酸的转运。我们外源施加适当浓度的脯氨酸,发现脯氨酸可部分回补盐处理下aat1对盐敏感的表型,同时对植物体的脯氨酸含量进行测量发现,NaCl处理下aat1脯氨酸的含量显著低于WT,说明盐胁迫下AAT1可能参与脯氨酸的转运。通过DAB染色、NBT染色以及荧光探针法对aat1与WT的过氧化氢(H_2O_2)和超氧阴离子(O_2.~-)含量进行测量,发现高盐存在下aat1的H_2O_2和O_2.~-水平高于WT,说明AAT1可能通过影响活性氧的积累调控盐胁迫下主根的伸长。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q945.78
【图文】：

植物激素,信号通路,生长素

拟南芥氨基酸转运体 AAT1 调控盐胁迫下主根伸长的机制研究BR）等可以调节初生根的细胞分裂和伸长，这些生物激素并不响，形成信号网络，共同作用于植物生长。例如根干细胞生态位细胞分裂素拮抗作用（Müller and Sheen, 2008; Moubayidi al., 2009）；赤霉素和油菜素内酯引起生长素信号的二次调节（说明生长素在激素信号调节中具有核心作用。素的影响外，活性氧（Reactive oxygen species, ROS），一氧化氮（供应及环境因素都会影响植物根的发育（Pasternak et al., 2005

生长素,根尖,环流

胞和侧根的根冠细胞中表达，aux1 突变体表现为根生长素在一些表皮细胞和皮层细胞中积累，导致细 ABCB（ATP binding cassette B）介导整株植物中要包括 PIN1、PIN2、PIN3、PIN4 以及 PIN7。PI流动，PIN2 和 PIN3 能帮助扩散的生长素重返维管心下方生长素浓度具有重要作用，参与根尖分生基和向顶运输。PIN 蛋白共同决定生长素的向基运根的细胞分裂和细胞膨胀（Blilou et al., 2013）。P DR5，DR5::GUS 研究表明，生长素转移和生长素至关重要，PIN 蛋白的缺失，使植物造成生长缺陷布在茎尖和根尖细胞的质膜上，PIN 蛋白和 ABCB有方向性（Blakeslee et al., 2005; Mravec et al., 200

预测分析,透性酶,氨基酸,末端结构

前言对 AAT1 的蛋白序列进行跨膜结构分析，如图 1-3，发现 AAT1 具有一个长约基酸的胞质 N-末端结构域，并且有 11 个跨膜结构域；而且对其蛋白序列分析， AA_Rel_permease_2（氨基酸透性酶）和 Aromatic_AA_permease（芳香族氨基）的结构特征，表明其在拟南芥中具有氨基酸转运体的功能。

【参考文献】