类受体激酶RLKx和转录因子WRKY47在拟南芥抗铝中的功能研究
发布时间：2021-01-24 13:26
铝（Aluminum,Al）毒是酸性土壤上抑制植物生长发育、造成作物产量下降的主要因素之一。植物响应Al毒的生理策略包括外部排斥机制和内部忍耐机制,前者公认的主要机制是Al诱导的有机酸分泌,而细胞壁的修饰作用则被认为是植物获得耐Al性的另一个决定因素,但这些过程在信号转导水平上如何被调控还知之甚少。我们期望从Al的上游信号感知和下游信号转导两个层面来阐释植物如何响应Al毒信号并启动这些抗Al机制,因此本论文重点关注处于Al信号转导途径上游的类受体激酶（Receptor-Like Kinases,RLKs）和处于下游的转录因子（Transcription Factors,TFs）。一方面,我们通过突变体Al敏感性筛选从300多个RLK T-DNA插入突变体中找到对Al表现超敏感的突变体rlkx;另一方面,我们课题组前期研究Al敏感转录因子突变体wrky47,发现其可能与细胞壁的修饰和Al的亚细胞分布有关。因此,本论文主要围绕RLKx和WRKY47这两个基因,在遗传、生理、生化和分子等水平深入研究其功能,从而解析植物抗Al信号转导的分子机制。下面是本文主要的研究结果:1.植物类受体激酶RL...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
细胞壁的结构
STOP1是组成型表达,但其调控的下游抗Al基因的表达受Al胁迫诱导(图1.3;Delhaize等,2012)。这些结果表明STOP1可能在转录后水平上受到调控。Zhang等(2019b)为了探究STOP1的转录后调控机制,构建了AtALMT1启动子与报告基因荧光素酶(LUC)重组的载体,期望筛到调控STOP1的基因,结果克隆到一个编码含F-box结构域的新基因RAE1(Regulation of AtALMT1expression 1),其编码蛋白能泛素化降解STOP1,从而影响STOP1调控的下游基因表达以及对Al胁迫和低磷胁迫的响应,反过来,Al毒能部分抑制RAE1对STOP1的降解以稳定STOP1蛋白。除此之外,STOP1也能通过直接结合RAE1启动子来促进RAE1转录,因此STOP1和RAE1之间形成负反馈环,调控STOP1蛋白的累积。尽管这些结果进一步表明维持耐A1性的STOP1稳态需要翻译后修饰,但是Al毒害阻止RAE1介导的STOP1降解的机制仍然未知。此外,不同植物中都有RAE1的同系物,这为将来提高Al毒敏感作物如大豆(Glycine max)对Al毒的抗性提供新的策略和手段。ART1/STOP1的鉴定和特点显示,STOP1样蛋白可能在相对广泛的植物物种中调控多个耐Al基因的表达。迄今为止,已在多个物种中鉴定出功能类似STOP1的直向同源基因,包括小麦(Garcia-Oliveira等,2013)、烟草(Nicotiana tabacuw)、黑杨(Populus nigra)、百脉根(Lotus japonicas)、小立碗藓(Physcomitrella patens)(Ohyama等,2013)、桉树(Sawaki等,2014)、饭豆(Fan等,2015)、木豆(Cajanus cajan)(Daspute等,2018)、茶(Tea)(Zhao等,2018)、大豆(Wu等,2018)、甜高粱(Huang等,2018)和棉花(Gossypium spp)(Kundu等,2019)等。尽管上述STOP1样蛋白在质子耐受性的功能是保守的,但它们在Atstop1突变体中回复耐A1性的能力却有所不同。STOP1样蛋白具有保守的C2H2型锌指结构域,但其N末端和C末端高度可变,需要进一步研究以确定这些STOP1样蛋白在调节耐Al基因,特别是有机酸转运蛋白基因表达中结构和功能的关系(Yang等,2019)。
植物RLKs根据有无胞外结构域可分两大类:第一类是跨膜的RLKs,第二类是没有胞外结构域的胞质RLKs(Receptor-like cytoplasmic kinase,RLCKs)(Shiu和Bleecker,2001b)。拟南芥基因组中分布着600多个RLKs基因,其编码400多个RLKs和200多个RLCKs,使RLKs家族成为拟南芥蛋白家族中最大的家族之一(Shiu和Bleecker,2001b)。根据其胞外域的氨基酸序列特点不同,RLKs又可分为六个亚家族(图1.4;Zhu等,2018):1.4.2.1 S-RLK(S-domin)
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝诱导植物根系分泌有机酸阴离子的机理及其调控（英文）[J]. Jian-li YANG,Wei FAN,Shao-jian ZHENG. Journal of Zhejiang University-Science B（Biomedicine & Biotechnology）. 2019(06)
[2]Alleviation by abscisic acid of Al toxicity in rice bean is not associated with citrate efflux but depends on ABI5-mediated signal transduction pathways[J]. Wei Fan,Jia Meng Xu,Pei Wu,Zhi Xin Yang,He Qiang Lou,Wei Wei Chen,Jian Fen Jin,Shao Jian Zheng,Jian Li Yang. Journal of Integrative Plant Biology. 2019(02)
[3]类受体蛋白激酶在植物中的研究进展[J]. 朱巍巍,马天意,张梅娟,沙伟. 基因组学与应用生物学. 2018(01)
[4]细胞壁在植物抗营养逆境中的作用及其分子生理机制[J]. 郑绍建. 中国科学:生命科学. 2014(04)
[5]Protecting Cell Walls from Binding Aluminum by Organic Acids Contributes to Aluminum Resistance[J]. Ya-Ying Li1, Yue-Jiao Zhang2, Yuan Zhou1, Jian-Li Yang2 and Shao-Jian Zheng2(1Ministry of Agriculture Key Laboratory for Non-Point Pollution Control, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China; 2State Key Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry, College of Life Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China). Journal of Integrative Plant Biology. 2009(06)
博士论文
[1]拟南芥细胞壁半纤维素结合铝的机制及其调控[D]. 朱晓芳.浙江大学 2014
[2]拟南芥WRKY转录因子在非生物胁迫响应中的功能研究[D]. 丁忠杰.浙江大学 2014
本文编号：2997326
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
细胞壁的结构
STOP1是组成型表达,但其调控的下游抗Al基因的表达受Al胁迫诱导(图1.3;Delhaize等,2012)。这些结果表明STOP1可能在转录后水平上受到调控。Zhang等(2019b)为了探究STOP1的转录后调控机制,构建了AtALMT1启动子与报告基因荧光素酶(LUC)重组的载体,期望筛到调控STOP1的基因,结果克隆到一个编码含F-box结构域的新基因RAE1(Regulation of AtALMT1expression 1),其编码蛋白能泛素化降解STOP1,从而影响STOP1调控的下游基因表达以及对Al胁迫和低磷胁迫的响应,反过来,Al毒能部分抑制RAE1对STOP1的降解以稳定STOP1蛋白。除此之外,STOP1也能通过直接结合RAE1启动子来促进RAE1转录,因此STOP1和RAE1之间形成负反馈环,调控STOP1蛋白的累积。尽管这些结果进一步表明维持耐A1性的STOP1稳态需要翻译后修饰,但是Al毒害阻止RAE1介导的STOP1降解的机制仍然未知。此外,不同植物中都有RAE1的同系物,这为将来提高Al毒敏感作物如大豆(Glycine max)对Al毒的抗性提供新的策略和手段。ART1/STOP1的鉴定和特点显示,STOP1样蛋白可能在相对广泛的植物物种中调控多个耐Al基因的表达。迄今为止,已在多个物种中鉴定出功能类似STOP1的直向同源基因,包括小麦(Garcia-Oliveira等,2013)、烟草(Nicotiana tabacuw)、黑杨(Populus nigra)、百脉根(Lotus japonicas)、小立碗藓(Physcomitrella patens)(Ohyama等,2013)、桉树(Sawaki等,2014)、饭豆(Fan等,2015)、木豆(Cajanus cajan)(Daspute等,2018)、茶(Tea)(Zhao等,2018)、大豆(Wu等,2018)、甜高粱(Huang等,2018)和棉花(Gossypium spp)(Kundu等,2019)等。尽管上述STOP1样蛋白在质子耐受性的功能是保守的,但它们在Atstop1突变体中回复耐A1性的能力却有所不同。STOP1样蛋白具有保守的C2H2型锌指结构域,但其N末端和C末端高度可变,需要进一步研究以确定这些STOP1样蛋白在调节耐Al基因,特别是有机酸转运蛋白基因表达中结构和功能的关系(Yang等,2019)。
植物RLKs根据有无胞外结构域可分两大类:第一类是跨膜的RLKs,第二类是没有胞外结构域的胞质RLKs(Receptor-like cytoplasmic kinase,RLCKs)(Shiu和Bleecker,2001b)。拟南芥基因组中分布着600多个RLKs基因,其编码400多个RLKs和200多个RLCKs,使RLKs家族成为拟南芥蛋白家族中最大的家族之一(Shiu和Bleecker,2001b)。根据其胞外域的氨基酸序列特点不同,RLKs又可分为六个亚家族(图1.4;Zhu等,2018):1.4.2.1 S-RLK(S-domin)
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝诱导植物根系分泌有机酸阴离子的机理及其调控（英文）[J]. Jian-li YANG,Wei FAN,Shao-jian ZHENG. Journal of Zhejiang University-Science B（Biomedicine & Biotechnology）. 2019(06)
[2]Alleviation by abscisic acid of Al toxicity in rice bean is not associated with citrate efflux but depends on ABI5-mediated signal transduction pathways[J]. Wei Fan,Jia Meng Xu,Pei Wu,Zhi Xin Yang,He Qiang Lou,Wei Wei Chen,Jian Fen Jin,Shao Jian Zheng,Jian Li Yang. Journal of Integrative Plant Biology. 2019(02)
[3]类受体蛋白激酶在植物中的研究进展[J]. 朱巍巍,马天意,张梅娟,沙伟. 基因组学与应用生物学. 2018(01)
[4]细胞壁在植物抗营养逆境中的作用及其分子生理机制[J]. 郑绍建. 中国科学:生命科学. 2014(04)
[5]Protecting Cell Walls from Binding Aluminum by Organic Acids Contributes to Aluminum Resistance[J]. Ya-Ying Li1, Yue-Jiao Zhang2, Yuan Zhou1, Jian-Li Yang2 and Shao-Jian Zheng2(1Ministry of Agriculture Key Laboratory for Non-Point Pollution Control, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China; 2State Key Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry, College of Life Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China). Journal of Integrative Plant Biology. 2009(06)
博士论文
[1]拟南芥细胞壁半纤维素结合铝的机制及其调控[D]. 朱晓芳.浙江大学 2014
[2]拟南芥WRKY转录因子在非生物胁迫响应中的功能研究[D]. 丁忠杰.浙江大学 2014
本文编号：2997326
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