拟南芥STRF1及VPS23蛋白参与植物盐胁迫信号转导途径的机理研究

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盐胁迫是植物生长发育所面临的主要非生物胁迫之一,已知蛋白质泛素化过程中的许多泛素连接酶(E3ligase)参与了盐胁迫的信号转导过程,但对泛素结合酶(E2)或类泛素结合酶(UEV)蛋白参与该过程的研究还鲜有报道。为了系统地了解蛋白质泛素化过程中一些未知的E3ligase及E2或UEV蛋白参与的盐胁迫响应机制,本研究采用反向遗传学的方法对含有RING结构域类型的E3ligase突变体库和E2或UEV突变的植物进行了盐敏感性筛选。我们分别得到了几条对盐耐受性有改变的突变体。对其中一条含有E3liagse的耐盐突变体(即strf1,SaltTolerance(_R)INGFinger1)和一条UEV突变并对盐敏感的突变体(vps23)进行了深入研究。   通过遗传学和分子生物学的证据表明strf1突变体是由于STRF1单基因突变造成的。与WT相比,strf1突变体在种子萌发及萌发后生长对NaCl均有耐性,同时对KCl和甘露醇的处理也表现为耐性,而STRF1的互补转基因株系对NaCl和甘露醇的处理均是敏感的,这些结果表明STRF1蛋白确实参与了植物盐胁迫和(或)渗透胁迫的响应过程。体外生化试验表明STRF1蛋白是一个有活性的E3连接酶。亚细胞定位的结果表明该蛋白不仅定位在质膜上还定位在高尔基体(Golgi)和PVC这些内体(Endosomes)上。FM4-64的染色结果发现,stf1突变体对FM4-64的积累无论是在正常条件下还是盐处理后均高于野生型,这一结果表明STRF1蛋白影响了植物的内吞(Endocytosis)过程。同时,我们还检测了strf1突变体和WT中一些与膜运输(MembraneTrafficking)相关基因在盐处理前后的表达情况,结果表明STRF1基因调控了相关基因的表达量,尤其是AtRab7的表达量在trf1突变体中是被上调表达的。结果与已知的AtRab7高表达植物在含有NaCl和甘露醇平板上均表现为抗性的表型相吻合,并且该研究验证了NADPH氧化酶产生的ROS参与了这些胁迫过程。因此,我们也对strf1突变体中的ROS含量和编码NADPH氧化酶的RbohD基因进行检测。发现盐处理后,strf1突变体中H2O2的积累低于野生型,并且qPCR的结果表明,strf1突变体中编码NADPH氧化酶的RbohD基因的表达量与野生型相比有下调的趋势,这些结果与AtRab7高表达植物的结果是一致的。由此我们认为,STRF1蛋白可能是通过影响植物的膜运输过程来调控植物ROS的产生进而参与盐胁迫的信号转导过程。   此外,我们对含有E2或UEV基因突变的植物进行盐板上的筛选,发现vps23突变体对盐处理的敏感性最强。因此,本研究以vps23突变体为材料,深入研究拟南芥中该蛋白参与的盐胁迫信号转导途径。我们借助酵母双杂交的方法筛选与VPS23有相互作用的蛋白,以期通过那些蛋白来理解VPS23蛋白调控的盐胁迫途径。结果我们共筛选到31个阳性克隆,经测序后得到29个编码不同蛋白的基因序列,在这些基因序列中不仅有编码液泡ATPase(VacuolarATPase)的A亚基(VHA-A)的序列,同时也有编码VacuolarATPaseB1亚基(VHA-Bl)的序列。有研究报道,拟南芥中的VHA-A基因突变后,植物表现出雄性完全不育和雌性部分不育的表型,这不利于我们进行遗传分析。而VacuolarATPase的B亚基则能够与SOS2相互作用,并且SOS2通过调控VacuolarATPase的质子转运活性而参与植物的耐盐性。因此,本研究深入探讨了VHA-B1与VPS23蛋白相互作用而参与的植物盐胁迫信号转导过程。首先,我们用体外(Pull-down)和体内(LCI)的方法进一步验证VPS23蛋白的确可以与VHA-B1相互作用,并且通过荧光共聚焦显微镜观察,发现二者共定位于细胞内的内体(Endosomes)上。此外,我们利用LCI的方法证明了VPS23蛋白与VHA-B2和VHA-B3蛋白也存在相互作用,这说明VPS23与VacuolarATPase的B亚基都存在相互作用。进一步的研究发现,盐胁迫条件下,VPS23蛋白影响VHA-B蛋白向内膜系统的运输。同时,遗传学的证据也表明了VPS23蛋白可能通过调控VHA-B1进而参与盐胁迫的信号转导途径。
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