拟南芥叶绿素代谢与维生素E合成代谢的关系研究

发布时间：2018-03-24 11:52

  本文选题：维生素E　切入点：生育酚合成　出处：《华中农业大学》2017年博士论文

【摘要】：维生素E(生育酚和生育酚三烯)作为一种只能在光合细菌和绿色植物合成的重要抗氧化物质,是人体和动物所必需的脂溶性维生素,在我们的日常膳食中起着不可或缺的作用。利用绿色植物尤其是油料作物高效生产天然维生素E是满足人们对其需要不断增长的重要途径。从以往的研究上看,大多数研究集中在生育酚的合成途径的调控上,而在与维生素E相关的叶绿素代谢较少,具体的关系以及他们之间的代谢调控尚未清楚。因此本研究以拟南芥为研究对象,从生成底物PDP的最主要路径—叶绿素代谢途径入手,研究叶绿素代谢途径与PDP浓度及生育酚含量提高的关系,寻求增强植物体内PDP浓度的可行性途径。本文围绕叶绿素代谢与维生素E生物合成的关系开展了系列的研究,主要获得了以下几方面的研究结果:1)拟南芥叶片中叶绿素酶的活性高低直接影响了生育酚的合成首先以模式植物拟南芥叶绿素合成酶杂合突变体SALK_134433(chlsyn1-1)为研究对象,从而分析了叶片中生育酚含量与叶绿素是否合成的关系。结果表明,纯合突变体chlsyn1-1植株叶片的生育酚含量与野生型相比几乎只有很少的含量,通过CHLSYN转基因系(带有红色荧光标记)与chlsyn1-1杂合突变体进行杂交,得到chlsyn1-1背景纯合但是又实现功能互补的带标记的植株,可以作为一个很好的材料去探索叶绿素合成酶与生育酚的合成关系。这些都在遗传学上直接证实了绿色植物中叶绿素代谢途径是决定生育酚E合成的最主要通路。我们通过对野生型拟南芥的叶绿素合成酶进行超量表达,虽然没有明显增加拟南芥叶片内叶绿素含量,但却导致了生育酚含量有一定程度的下降;与之相反,人工抑制叶绿素合成酶的表达水平后,拟南芥叶片叶绿素含量与生育酚含量呈现出明显的负相关关系。以上结果说明了生育酚的含量差异可以由叶绿素合成酶的表达活性高低所影响,在正常情况下,绿色组织中限制生育酚含量进一步增加的原因可能是叶绿素合成酶对生育酚合成的前体物质PDP具有超强的“回收”能力,从而导致绿色种子中生育酚的含量一般都比较低。2)叶绿素降解相关脱植醇酶与生育酚合成的关系由于叶绿素降解过程中的植醇(phytol)是生育酚合成底物PDP的来源,因此我们通过对拟南芥衰老过程能够作用于脱镁叶绿素产生植醇的叶绿素降解酶基因PPH以及体外底物实验认为可以分解叶绿素产生植醇的叶绿素分解相关酶基因AtCLH1和AtCLH2的T-DNA插入单突变体以及构建它们的双突变体和三突变体,分别测定其生育酚的含量,结果表明这些叶绿素降解酶相关基因突变体的种子生育酚含量与野生型无明显的区别。同样地,PPH的超量表达只能增加少量的生育酚,说明其作用于底物产生的植醇有很小一部分参与了生育酚的合成,这也暗示了在种子发育和成熟过程中,可能还存在一个未知的能够降解叶绿素产生植醇从而用于生育酚合成的叶绿素水解酶。同时,我们对叶绿素降解途径中的关键调控基因NYEs也进行了初步地研究,nye1/nye2双突变体的种子中出现了滞绿表型,并对生育酚含量有轻微地影响,但是超量表达NYE1却引起了生育酚近一半含量的降低。说明了无论是PPH还是叶绿素降解调控因子NYE1都能够影响或者促进了叶绿素的降解过程,但是在种子生育酚合成过程中作用并不显著。虽然我们没有对由PPH/NYE通路产生的植醇去处进行进一步研究,但结果表明此通路产生的植醇并不能大量地用于生育酚的合成,因此与生育酚相关的降解酶基因仍然没有被发现。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q946

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本文编号：1658187