植物激素脱落酸通过诱导乙烯的生物合成抑制拟南芥主根生长
发布时间：2020-10-31 14:35
植物在整个生命过程中面临着各种各样的生物及非生物胁迫,其固着生长的特性决定了它们只能通过调节自身的生命活动来应对环境的变化。抗逆性就是植物在对环境逐步适应的过程中形成的。根器官作为植物体的重要组成部分,不仅承担着营养物质的吸收、输送和贮藏的功能,还能感受内源信号和外界环境刺激并作出反应,从而使植物可以更好的生存繁衍。尤其在土壤贫瘠或干旱等恶劣环境中,根的作用更为重要。 脱落酸(abscisic acid, ABA)作为一种重要的植物激素,参与调控植物生长发育的各个阶段,包括种子的休眠及萌发、幼苗生长、气孔运动及对环境胁迫的响应等。高浓度的ABA具有抑制植物主根生长的作用,但其分子机理目前尚不清晰。 据文献报道,ABA通过影响乙烯的信号转导抑制拟南芥主根的生长,但不影响乙烯的生物合成。然而,本论文的结果却证明：乙烯合成途径中ACC合酶(ACC synthases, ACSs)的竞争性抑制剂氨基乙氧基乙烯甘氨酸(aminoethoxyvinylglycine, AVG),可以消除ABA对根生长的抑制作用。另外,通过气相色谱分析的方法直接的证明ABA可以诱导乙烯合成。以上结果暗示ABA可能是通过诱导乙烯的合成抑制根的生长,并且ACC合酶可能是ABA作用的靶点。为了进一步验证这一猜想,接下来又检测了ACC合酶T-DNA插入多突变体CS16647(acs1-1acs2-1acs4-1acs5-2acs6-1acs7-1)、CS16649(acs2-1acs4-1acs5-2acs6-1acs7-1acs9-1)和CS16650(acs1-1acs2-1acs4-1acs5-2acs6-1acs7-1acs9-1)对ABA的响应,发现它们主根的生长都具有ABA不敏感的表型。 ACC合酶是乙烯合成途径中的关键酶和限速酶,一般情况下在植物体内含量很低且蛋白极不稳定。qRT-PCR检测表明转录水平可能不是ABA调控ACC合酶的主要原因,ACC合酶转录后水平的调控至关重要。据文献报道,一型和二型ACC合酶的羧基端含有预测的CDPK磷酸化位点,可能参与其转录后水平的调控。已知两个钙依赖的蛋白激酶CPK4和CPKll的单突变体及双突变体的根生长对ABA反应不敏感,并且本论文发现,在ABA的处理下单突变体及双突变体的乙烯释放量少于野生型。体外磷酸化实验证明,CPK4和CPK1l可以磷酸化ACC合酶,并且其磷酸化活性受ABA诱导。之后利用定点突变的方法,找到ACS6的四个可能的CDPK磷酸化位点。这些磷酸化位点的突变并不影响该酶的活性,而是影响了蛋白的稳定性。 为了进一步研究CDPK磷酸化位点的生理功能,我们构建了过表达ACS6WT, ACS6AAAA及ACS6DDDD的转基因植株。研究发现,体外模拟CDPK磷酸化状态的ACS6DDDD转基因植株释放出更多的乙烯,并且主根生长及种子萌发变绿都对ABA反应不敏感,这些表型可能是由于乙烯过量合成引起的。 综上所述,ABA通过蛋白激酶CPK4及CPK1l调控ACSs蛋白的稳定性,影响乙烯的合成,进而调控根的生长。这一研究,有助于进一步了解ABA调控根生长的分子机理,同时对研究ABA和乙烯两大植物激素之间的相互作用也具有重要意义。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：Q945
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词表
目录
第一章 文献综述
1.1 ABA的研究进展
1.1.1 ABA信号转导途径
1.1.2 ABA与根生长
1.1.3 ABA与其它植物激素的相互作用
1.2 乙烯的研究进展
1.2.1 乙烯的生物合成及调节机制
1.2.2 乙烯的信号转导途径
1.2.3 乙烯与根生长
1.2.4 乙烯与其他植物激素的相互作用
2+依赖的蛋白激酶CDPKs基因的研究进展'> 1.3 Ca2+依赖的蛋白激酶CDPKs基因的研究进展
1.3.1 CDPKs基因家族概述
1.3.2 CDPKs基因的功能及蛋白激酶活性的调节
1.3.3 CDPKs基因与ABA信号转导
1.3.4 CDPKs基因与根生长
1.4 本研究的目的和意义
第二章 实验材料与方法
2.1 实验材料
2.1.1 植物材料
2.1.2 植物培养材料
2.1.3 菌株及载体
2.1.4 酶及试剂
2.1.5 实验主要仪器
2.2 常用培养基和溶液的配制
2.2.1 常用溶液的配制
2.2.2 培养基配制
2.3 实验方法
2.3.1 突变体筛选和遗传学分析
2.3.2 生理生化实验方法
2.3.3 分子生物学类实验方法
第三章 实验结果与分析
3.1 ABA不敏感突变体的筛选及图位克隆
3.2 乙烯合成和信号转导的抑制剂均可削弱ABA对根生长的抑制作用
3.3 ABA诱导拟南芥幼苗的乙烯合成
3.4 ABA通过ACC合酶影响乙烯合成从而调控主根生长
3.5 ABA对ACC合酶转录水平的影响
3.6 蛋白激酶CPK4和CPK11参与ABA诱导乙烯合成的过程
3.7 ABA诱导蛋白激酶CPK4和CPK11对ACC合酶的磷酸化
3.8 PP2C蛋白磷酸酶ABI1和ABI2不影响CDPKs对ACSs的磷酸化
3.9 ACS6的CDPKs磷酸化不影响其ACS酶活性
3.10 ACS6的CDPK和MAPK识别位点的磷酸化状态决定蛋白的稳定性
DDDD转基因植株乙烯释放量增多'> 3.11 体外模拟CDPK磷酸化状态的ACS6DDDD转基因植株乙烯释放量增多
3.12 ACS6各转基因植株的表型分析
第四章 讨论分析与未来展望
4.1 实验分析与讨论
4.1.1 根生长对ABA不敏感突变体的筛选
4.1.2 ABA信号途径与乙烯信号途径之间相互关系的重新定位
4.1.3 参与调控乙烯合成的CDPKs的鉴定
4.1.4 拟南芥三种类型ACC合酶的转录后水平的调控之间存在不同
4.1.5 寻找参与调控ACC合酶CDPK磷酸化过程的蛋白磷酸酶
4.1.6 实验结论
4.2 未来展望
参考文献
致谢
作者简历
【相似文献】
本文编号：2864078
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：Q945
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词表
目录
第一章 文献综述
1.1 ABA的研究进展
1.1.1 ABA信号转导途径
1.1.2 ABA与根生长
1.1.3 ABA与其它植物激素的相互作用
1.2 乙烯的研究进展
1.2.1 乙烯的生物合成及调节机制
1.2.2 乙烯的信号转导途径
1.2.3 乙烯与根生长
1.2.4 乙烯与其他植物激素的相互作用
2+依赖的蛋白激酶CDPKs基因的研究进展'> 1.3 Ca2+依赖的蛋白激酶CDPKs基因的研究进展
1.3.1 CDPKs基因家族概述
1.3.2 CDPKs基因的功能及蛋白激酶活性的调节
1.3.3 CDPKs基因与ABA信号转导
1.3.4 CDPKs基因与根生长
1.4 本研究的目的和意义
第二章 实验材料与方法
2.1 实验材料
2.1.1 植物材料
2.1.2 植物培养材料
2.1.3 菌株及载体
2.1.4 酶及试剂
2.1.5 实验主要仪器
2.2 常用培养基和溶液的配制
2.2.1 常用溶液的配制
2.2.2 培养基配制
2.3 实验方法
2.3.1 突变体筛选和遗传学分析
2.3.2 生理生化实验方法
2.3.3 分子生物学类实验方法
第三章 实验结果与分析
3.1 ABA不敏感突变体的筛选及图位克隆
3.2 乙烯合成和信号转导的抑制剂均可削弱ABA对根生长的抑制作用
3.3 ABA诱导拟南芥幼苗的乙烯合成
3.4 ABA通过ACC合酶影响乙烯合成从而调控主根生长
3.5 ABA对ACC合酶转录水平的影响
3.6 蛋白激酶CPK4和CPK11参与ABA诱导乙烯合成的过程
3.7 ABA诱导蛋白激酶CPK4和CPK11对ACC合酶的磷酸化
3.8 PP2C蛋白磷酸酶ABI1和ABI2不影响CDPKs对ACSs的磷酸化
3.9 ACS6的CDPKs磷酸化不影响其ACS酶活性
3.10 ACS6的CDPK和MAPK识别位点的磷酸化状态决定蛋白的稳定性
DDDD转基因植株乙烯释放量增多'> 3.11 体外模拟CDPK磷酸化状态的ACS6DDDD转基因植株乙烯释放量增多
3.12 ACS6各转基因植株的表型分析
第四章 讨论分析与未来展望
4.1 实验分析与讨论
4.1.1 根生长对ABA不敏感突变体的筛选
4.1.2 ABA信号途径与乙烯信号途径之间相互关系的重新定位
4.1.3 参与调控乙烯合成的CDPKs的鉴定
4.1.4 拟南芥三种类型ACC合酶的转录后水平的调控之间存在不同
4.1.5 寻找参与调控ACC合酶CDPK磷酸化过程的蛋白磷酸酶
4.1.6 实验结论
4.2 未来展望
参考文献
致谢
作者简历
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本文编号：2864078
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