擬南芥P4型ATP酶ALA6參與高溫脅迫的應(yīng)答機理.pdf

1、高溫脅迫是影響植物正常生長發(fā)育的一個重要逆境因子，它可以直接造成植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的變性和聚合，并促進細胞膜質(zhì)流動性的增加，影響膜的穩(wěn)定性，最終嚴重影響植株正常的生長和發(fā)育，甚至導(dǎo)致植物體死亡。然而，植物自身具有多種機制可以抵御一定的高溫脅迫，例如維持膜穩(wěn)定性、清除活性氧族、積累具有抗氧化作用的化合物，以及誘導(dǎo)產(chǎn)生促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）和鈣依賴性蛋白激酶（CDPK）信號和細胞應(yīng)答，其中激活轉(zhuǎn)錄因子和誘導(dǎo)分子伴侶信號應(yīng)答是高溫脅迫應(yīng)

2、答的關(guān)鍵。現(xiàn)階段對高溫脅迫的研究大多集中在熱激蛋白（HSPs）和熱激轉(zhuǎn)錄因子（HSFs），對參與高溫脅迫應(yīng)答反應(yīng)的重要功能蛋白的報道相對較少。
　　據(jù)報道，P4-ATP酶家族所轉(zhuǎn)運的氨基磷脂分子是構(gòu)成膜脂質(zhì)雙分子層的主要組分，因此推測P4-ATP酶作為脂質(zhì)翻轉(zhuǎn)酶負責翻轉(zhuǎn)來穩(wěn)定膜磷脂的不對稱性很可能與植物抗逆反應(yīng)有關(guān)。擬南芥中P4型ATP酶家族共12個成員，其中ALA6功能尚不清楚。
　　本研究以擬南芥野生型（WT）、P4型A

3、TP酶ALA6基因T-DNA插入位點突變體（ala6-1）、ALA6互補（COM）、過表達（OE）和功能位點突變系（D426A）為材料，應(yīng)用生物信息學(xué)、分子生物學(xué)、生理學(xué)等研究方法，研究ALA6參與植物高溫脅迫應(yīng)答的分子機制。主要研究結(jié)果如下：
　　1.與野生型植株幼苗相比，T-DNA等位插入突變體（ala6-1）幼苗在高溫脅迫處理后，致死率明顯升高，表現(xiàn)出特異性地對高溫脅迫極度敏感的表型。與野生型相比較，ala6-1突變體在熱脅

4、迫處理后其相對電導(dǎo)率升高，表明其生物膜穩(wěn)定性較野生型差。高溫脅迫后野生型與ala6-1突變體植株的葉綠素含量都有所降低，表明高溫可能會抑制葉綠體的光合活性。此外，在經(jīng)熱處理后，ala6-1突變體中葉綠素b/a的比值顯著增加。這些結(jié)果表明，ALA6的缺失可能加劇熱脅迫對膜性細胞器的損害。綜上所述，ALA6在熱脅迫下可能是作為一種膜的穩(wěn)定劑對細胞起保護作用。
　　2.將外源ALA6導(dǎo)入野生型和ala6-1突變體，獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)基因植株。

5、ALA6基因的過表達可明顯提高幼苗耐熱性。對ALA6保守的磷酸化功能位點點突變誘變后發(fā)現(xiàn)，突變后的ALA6不能恢復(fù)ala6-1的熱敏感表型，表明ALA6磷脂轉(zhuǎn)運酶可能參與高溫脅迫應(yīng)答。
　　3.GUS組織化學(xué)染色發(fā)現(xiàn)，ALA6基因除根尖分生區(qū)外在其他組織（如下胚軸、子葉、花瓣、花藥、果莢）中均有表達，尤其是幼苗期（2～6天）的下胚軸與根過渡區(qū)最為顯著，且表達部位受發(fā)育時間的控制，高溫也可以誘導(dǎo)其表達。
　　4.轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析顯

6、示：差異表達的基因主要參與和脅迫應(yīng)答反應(yīng)有關(guān)的生理過程，如細胞質(zhì)內(nèi)隔室結(jié)構(gòu)的維護、高分子物質(zhì)的穩(wěn)定及能量生產(chǎn)。ALA6基因可能通過調(diào)控這些信號通路來參與擬南芥對高溫脅迫的應(yīng)答。
　　綜上所述，當植物遭受高溫脅迫時，ALA6的作用對維持膜脂的穩(wěn)定性至關(guān)重要。本研究不僅對于揭示植物耐受逆境脅迫的分子機制具有重要的學(xué)術(shù)價值，并且還為利用ALA6基因提高植物對逆境脅迫環(huán)境的耐受性，培育耐受不良環(huán)境脅迫的新作物品種等相關(guān)研究提供新的研究思路