拟南芥表皮蜡质合成相关基因CER17的功能解析

发布时间：2018-05-09 13:17

本文选题：表皮蜡质 + 超长链不饱和脂肪醇　；参考：《中国科学院武汉植物园》2017年博士论文

【摘要】：植物表皮蜡质,是覆盖在陆地植物地上部分表面的一层疏水性脂类物质,是植物应对外界环境变化的第一道屏障,在抑制植物水分非气孔散失以及保护植物免受病虫害入侵、紫外线辐射等方面起着重要作用。因此研究植物表皮蜡质的合成和调控不仅具有重要的理论意义,同时也在生产实践中具很高的应用价值。本研究以拟南芥表皮蜡质合成相关突变体cer17为材料,克隆了突变基因CER17并对其功能进行了解析。cer17突变体是通过EMS诱变得到拟南芥蜡质突变体,具有很强的蜡质缺失表型,光亮茎秆。我们通过图位克隆技术并结合序列分析和等位测试实验,最终发现,CER17是ADS4基因的等位基因,编码了一个酰基CoA脱氢酶。序列分析发现CER17/ADS4基因第二个外显子上一个碱基G突变为A,导致其编码的蛋白质序列中脯氨酸转变为亮氨酸。这个氨基酸的改变导致CER17/ADS4蛋白功能丧失,在酿酒酵母中不能催化超长链脂肪酸去饱和形成双键位置n-6的超长链不饱和脂肪酸。利用拟南芥原生质体转化和烟草瞬时转化体系分析CER17/ADS4蛋白亚细胞定位,结果显示CER17/ADS4融合YFP蛋白和内质网标记蛋白CD3-959的定位情况基本一致,表明CER17/ADS4蛋白在细胞中定位于内质网。荧光定量PCR和GUS组织化学染色分析CER17/ADS4基因时空表达模式,结果表明蜡质基因CER17/ADS4在拟南芥花序茎顶端,花和角果中超强表达,同时在花序茎表皮细胞中特异表达。我们从拟南芥数据库ABRC索取了CER1/ADS4基因的T-DNA插入突变体Salk_043674 和 SM_3_20206,分别命名为 cer17-2 和 cer17-3。RT-PCR 检测显示cer17-2中CER17/ADS4基因表达水平明显下调,而在cer17-3中完全检测不到CER17/ADS4基因表达。扫描电子显微镜观察发现突变体cer17-2和cer17-3花序茎表皮蜡质晶体结构主要为扁平状,同时气相色谱分析表皮蜡质含量,结果显示突变体cer17-2和cer17-3花序茎中表皮蜡质总含量及单个组分显著增加,尤其是超长链饱和脂肪醇组分。利用薄层色谱和GC-MS方法,我们在拟南芥野生型花序茎表皮蜡质中发现了新的一类蜡质组分,双键位置n-6的超长链不饱和初级脂肪醇,包括C26:1,C28:1和C30:1,该类组分在cer17突变体中完全消失。在突变体cer17-2中过量表达CER17基因,超长链不饱和脂肪醇再次出现,并且在野生型中过量表达CER17/ADS4,检测到更高含量的超长链不饱和醇。表明CER17/ADS4基因参与了超长链不饱和脂肪醇的合成。研发发现cer4-4突变体中超长链不饱和脂肪醇含量也急剧下降,并在酿酒酵母野生型菌株BY4741中共表达CER4和CER17/ADS4基因,检测到了 n-6的超长链不饱和脂肪醇。这些结果表明CER4基因同样在超长链不饱和脂肪醇合成途径中具有重要功能。除了蜡质表型,透射电子显微镜观察发现蜡质突变体cer17花序茎表皮层结构变厚而且不规则,气相色谱分析结果显示角质单体含量增加。尽管在蜡质表型上cer17突变体花序茎顶端和基部表型一致,但是角质表型上顶端比基部更强,这与CER17/ADS4基因花序茎顶端比基部表达量更高模式一致。进一步研究发现CER17/ADS4和LACS1基因的双突变体在花序茎顶端而不是基部,表皮层结构和野生型以及单突变体相比,急剧增厚更加不规则,同时角质单体含量更高。甲苯胺蓝染色和失水实验结果发现,和野生型和单突变体相比较,双突变体花序茎顶端表皮层通透性出现剧烈变化。这些结果表明CER17/ADS4和LACS1基因在花序茎顶端表皮层角质合成通路上存在遗传上相互作用。综上所述,拟南芥CER17/ADS4基因参与了花序茎顶端和基部表皮蜡质新组分,双键位置n-6的超长链不饱和初级脂肪醇的合成,同时参与了花序茎顶端表皮层角质合成通路。
[Abstract]:The expression of CER17 / ADS4 gene was found to be significantly lower than that of cer17 / ADS4 . In conclusion , it was found that CER17 / ADS4 and LACS1 genes were genetically interacting with wild type and single mutant . These results showed that CER17 / ADS4 and LACS1 genes had a genetic interaction on the epidermal keratinocytes at the top of the stem .

【学位授予单位】：中国科学院武汉植物园
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q943.2

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