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本研究以霞多丽葡萄(Vitis Vinifera L.cv.Chardonnay)果实为试材,首先克隆了其磷脂酶Da基因的cDNA序列全长,然后在活性、蛋白、mRNA水平研究了葡萄磷脂酶D在温度锻炼中的变化规律,并进一步通过抑制剂处理分析了磷脂酶D介导的温度锻炼信号传递机制。主要结果如下:
根据GenBank中登陆的其他植物磷脂酶Da序列,设计合成简并引物,利用RT-PCR(reversetranscriptation-polymerase chain reaction)和RACE(rapid amplification of cDNA ends)技术克隆了葡萄果实磷脂酶Da的cDNA全长序列,并在GenBank进行了注册登录,登录号为DQ333882。此核苷酸序列具有完整的开放阅读框,编码区全长2430bp。软件分析显示,葡萄磷脂酶Da基因编码一个由809个氨基酸组成的多肽,分子量91.8KDa,其氨基酸序列与拟南芥(Arabidopsis)、蓖麻(Ricinus communis)中的磷脂酶Da分别有74%和84%的同源性。生物信息学研究显示,该葡萄磷脂酶Da具有C2结构域、HKD结构域等植物磷脂酶D的典型结构特征。以[a-<32>P]标记的葡萄磷脂酶Da基因的3末端作为探针与基因组DNA进行杂交发现,该基因在葡萄基因组可能存在1-2个拷贝。
采用底物放射性标记法,对葡萄果实磷脂酶D活性测定时发现,当pH值为6.5的Mes缓冲液系统中含有15mM Ca<2+>时,磷脂酶D具有最大活性。通过进一步优化反应体系中蛋白含量和反应时间,建立了葡萄果实磷脂酶D活性测定的技术体系。为探讨磷脂酶D在果实采后适应性中的作用奠定了基础。
温度锻炼是提高植物耐热性的有效方法,但目前对于植物如何感知、识别温度信号进而放大、传递到胞内的作用机理仍不完全清楚。在38℃高温锻炼的初期,葡萄果实中磷脂酶D的活性明显增强,拟南芥PLDa1抗体免疫识别的蛋白分子量为92KDa,与根据葡萄磷脂酶D氨基酸序列计算的分子量相似,其在高温锻炼中的变化规律与磷脂酶D活性的变化一致。而RT_PCR分析的结果则表明,早在高温锻炼的第30min葡萄磷脂酶D mRNA就出现表达高峰。使用磷脂酶D的活性抑制剂正丁醇对葡萄果实进行预处理后,则发现高温锻炼诱导的果实组织内自由态SA含量的升高、HSP73蛋白的表达均被抑制。以上结果说明,磷脂酶D活性的升高可以作为果实响应高温信号的前期反应,并且磷脂酶D可能作为上游信号组分参与SA信号系统影响高温锻炼诱导果实耐热性的产生。
8℃低温锻炼明显提高了高温胁迫条件下葡萄果实中HSP73的表达,并减缓了高温引起的电解质渗漏率和MDA含量的增加,说明采后的葡萄果实也存在交叉适应性;更为重要的是在低温锻炼的过程中,PLD、SA和HSP73相继被激活,且SA和HSP73的激活可以被PLD的活性抑制剂正丁醇所抑制。因此认为,磷脂酶D作为上游信号组分参与低温锻炼对SA信号的激活,进而启动HSP73等一系列的适应性机制提高葡萄果实对高温胁迫的抵抗能力。