过氧化氢调控拟南芥抗病的下游基因的鉴定与功能分析

发布时间：2020-04-03 02:24

【摘要】：植物与病原微生物长期的相互作用下,其体内进化出复杂的防御机制。活性氧是植物体内应对外界胁迫因子(如干旱、病虫害等)的重要信号分子。其中光呼吸途径产生的过氧化氢(H_2O_2)是活性氧中具有最强稳定性以及较强活性的自由基,且介导水杨酸(SA)有关的植物免疫反应,H_2O_2在植物抗病反应中发挥着至关重要的作用,发掘和鉴定植物免疫反应中H_2O_2组分对于人们深入认识植物应对逆境的作用机制尤为关键。过氧化氢酶2(CAT2)是清除H_2O_2最关键的清除酶,拟南芥突变体(cat2)是研究H_2O_2作为信号调控SA介导的植物抗病,分析H_2O_2在SA抗病途径中信号转导机制的最佳材料。本研究利用甲基磺酸乙酯(EMS)对拟南芥cat2突变体进行化学诱变,从中筛选出cat2表型(叶片自发性细胞死亡)的抑制子,该抑制子与cat2互为父本母本进行回交,F_2代分离比约为3:1,推测该细胞死亡抑制基因在核染色体上,且为隐性突变。生理生化初步检测该细胞死亡抑制子体内氧化水平较高,该基因突变没有影响H_2O_2的积累,可能作为信号位于H_2O_2的下游。细胞死亡抑制子回交的F_2代进行混池测序,代表错误率的Q30数据显示样品质量良好,拟南芥基因组库的比对数据显示:亲本的平均深度为20和16;F_2代平均深度为46和49;覆盖率均为98%以上。变异位点检测,并对候选区域计算,定位于第一条染色体。筛选候选点,统计变异位点在基因组的分布情况得到4个候选基因。候选基因和突变位点设计对应引物测序初步选定突变的基因为一种核孔蛋白:NUA。构建携带绿色荧光蛋白的NUA载体,阳性苗显示NUA蛋白定位于核膜。该基因的T-DNA插入突变体(nua-3)与cat2进行杂交筛选纯合突变材料,双突变体nua-3 cat2没有出现SA诱导的细胞死亡,初步判定该核孔蛋白参与光呼吸产生的H_2O_2介导SA诱导的植物抗病。因此,本研究拟综合采用遗传学、重基因组混池测序、分子生物学、细胞生物学等多种技术手段,以模式植物拟南芥为遗传材料,筛选出参与H_2O_2介导的SA相关途径诱导的叶片细胞死亡程序的一个关键成分,了解H_2O_2与SA相关的抗病信号网络,系统深入地研究H_2O_2在植物抗病中的调控机理,为提高农作物抗逆性提供理论依据。
【图文】：

活性氧,化学结构,场所,粒体

合肥工业大学硕士学位论文Ascorbicacid,ASC）生物合成最后一步发生在线粒体中，且 O2 自发地或通粒体锰 SOD 歧化为 H2O2，，然后被抗坏血酸过氧化物酶（AscorbateperoxidPX）等清除，所以抗坏血酸-谷胱甘肽这种清除系统在线粒体中。由于植物体在交替氧化酶竞争电子导致线粒体的 ROS 低于叶绿体[32]，包括在总 ROS 的中占有的比例相对较低。

核孔蛋白,植物

烟草中发现 SA 存在下有一种类似 CAT 的酶被抑制[53]，细胞体内 H2O2，诱发 SA 途径引发的细胞死亡，甚至发现 SA 可以抑制 APX 酶活。随现 H2O2能促进 SA 的合成。病原菌微生物侵染植物，引起植物体内光的 H2O2增多，H2O2作为信号分子激发 SA 途径，NPR1 基因被激活，的蛋白 PR 释放出来。在抵抗病原微生物时这些信号的相辅相成，信号作用。质外体和质膜上的 H2O2是最先感知外界生物入侵信号的活性氧信号，植物活性氧抗病方面的信号分子，获得了许多重要发现。比如，质膜调控钙离子信号途径、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号级联、一氧途径等增强植物的免疫能力[54]。H2O2处理拟南芥时会激发 MAPK 上游植物核孔复合物细胞核膜的出现标志着原核生物与真核生物之间出现最基本的区分办膜把生物的遗传系统彻底与线粒体、叶绿体等其他场所隔开，核遗传信和转录全部在细胞核内完成。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2

【参考文献】