拟南芥EDR2定位、Ca结合特性和在Ca依赖性生长中的生理功能研究

发布时间：2019-03-13 09:25

【摘要】：钙是植物生长发育必需矿质元素之一。目前Ca相关植物生物学研究主要集中在两个方面:植物细胞吸收和储存Ca~(2+)的分子机制;细胞质Ca~(2+)作为第二信使介导植物内源和环境信号转导的分子机理。但是Ca~(2+)直接调节植物生长发育的分子机理尚未深入研究。拟南芥EDR2(ENHANCED DISEASE RESISTANCE2)蛋白含有三个预测结构域:PH(Pleckstrin Homology)、START(STAR Transfer)和 DUF1336(Domain of Unknown Function 1336)。已有研究证明缺失AtEDR2的拟南芥突变体atedr2的叶片通过水杨酸途径表现抗白粉菌的表型。但是有关AtEDR2蛋白确切的亚细胞定位和在植物Ca~(2+)依赖性生长方面的功能尚未有报道。本论文在这些方面的主要实验结果如下:(1)AtEDR2启动子活性主要集中在叶、根、花序和角果柄组织。在叶片表面的表皮毛中也有强活性,但缺失AtEDR2基因对拟南芥叶表面表皮毛的密度和性状没有明显影响。通过构建编码AtEDR2全长和不同结构域同绿色荧光蛋白GFP的融合基因,在烟草瞬时表达以后发现,AtEDR2定位在内质网,可以同内质网标记蛋白ER::mCherry共定位。同时AtEDR2的PH结构域是AtEDR2在内质网定位必需结构域。(2)通过对比拟南芥野生型Col和atedr2突变体在含有不同浓度和种类的矿质元素培养基上的生长,我们发现atedr2只有在Ca~(2+)养分缺乏的培养基上表现叶和根生长被显著抑制的表型,证明AtEDR2特异性调节拟南芥Ca~(2+)依赖性根和叶的生长。无论生长在全营养还是Ca~(2+)缺乏培养基上,拟南芥Col和atedr2的根和叶的总钙以及水溶性钙含量没有显著差异。这说明atedr2低Ca~(2+)敏感的生长表型不是因为其吸收或是积累Ca~(2+)能力降低而导致的。我们在体外表达纯化了带有GST(Glutathione-S-Transferase)标签的AtEDR2结构域片段,利用MicroCal iTC200微量热等温滴定量热仪,证明AtEDR2的PH结构域具有Ca~(2+)结合特性。有研究证明AtEDR2的PH结构域可以结合磷脂酰肌醇-4-磷酸PI4P,本研究的组织免疫荧光实验证明AtEDR2不参与PI4P的分布,很有可能是通过PH结构域的Ca结合特性调节Ca依赖生长。(3)基于蛋白组学数据,我们对在Col和atedr2之间、丰度显著变化蛋白对应的基因突变体进行纯合鉴定,进一步进行Ca依赖的生长表型分析,发现只有atstt3b基因缺失突变体同atedr2一样,表现低Ca敏感表型。AtSTT3B基因被预测编码位于内质网的低聚糖糖基转移酶,负责内质网内原生蛋白最初的糖基加载过程。尽管低Ca处理确实可以显著提高总蛋白N-糖基化水平,但是,无论是生长在全营养还是Ca~(2+)缺乏培养基上,拟南芥Col和atedr2突变体之间,总蛋白N-糖基化程度没有区别。证明AtEDR2不参与低钙胁迫对蛋白N-糖基化的调节。(4)基于芯片的表达谱分析发现,低Ca处理诱导大量和过氧化物以及水杨酸积累相关基因的表达。组织化学染色也证明在低Ca的情况下,atedr2突变体的叶片比野生型Col积累更多的过氧化氢。同时这些基因的转录水平在atedr2突变体内升高的倍数显著高于野生型Col,证明AtEDR2负调控低Ca诱导的基因转录反应。在atedr2-6/ein2-1双突变体中,阻断atedr2-6突变体内乙烯信号转导途径对atedr2-6在低Ca条件下生长受抑制的表型没有影响。但是阻断水杨酸的合成可以部分恢复atedr2-6在低Ca条件下生长受抑制的表型。这表明水杨酸合成途径部分参与了 AtEDR2介导的Ca依赖性生长过程。
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【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q945

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 Kentaro Ifuku;Seiko Ishihara;Fumihiko Sato;;Molecular Functions of Oxygen-Evolving Complex Family Proteins in Photosynthetic Electron Flow[J];Journal of Integrative Plant Biology;2010年08期

2 Peter K.Hepler;Lawrence J.Winship;;Calcium at the Cell Wall-Cytoplast Interface[J];Journal of Integrative Plant Biology;2010年02期

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本文编号：2439268