P2型葡萄糖-6-磷酸脱氢酶G6PD3参与氮相关代谢与机制的研究

摘要

磷酸戊糖途径（OPPP）是植物体内的经典代谢途径之一。糖在代谢的过程中，除了糖酵解-三羧酸循环代谢途径外，另外的一个主要途径即是OPPP。OPPP的一个重要功能即是产生还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）是OPPP的第一个酶，亦是限速酶，在OPPP中起着决定性的作用。近年来有研究表明G6PD家族中的质体2型G6PD（P2-G6PD，G6PD2与G6PD3）对于外源硝酸盐（NO3-）具有很明显的响应，说明G6PD2与G6PD3可能参与到氮代谢过程中，但是其中的机制与代谢过程仍然不清楚。本文以模式植物拟南芥为材料，通过遗传学、分子生物学及生理生化的方式探究了P2-G6PD参与氮代谢的机制，主要结果如下： 1、G6PD2与G6PD3的缺失突变体g6pd2与g6pd3生长在常规土壤培养条件下与野生型（WT，Col-0）无明显表型差异。 2、在外源添加谷氨酸（Glu）作为唯一氮源的生长条件下生长时g6pd3与WT出现了明显的表型差异，体现在g6pd3根长较WT明显更短；且幼苗亦出现了明显的差异，在g6pd3中叶绿素含量减少，花青素含量增多；以上结果说明G6PD3可能参与了Glu相关的形态建成过程。 3、用NO3-或NH4+作为氮源时，g6pd3与WT间未出现明显的表型差异。 4、除了g6pd3以外，另外4个G6PD家族突变体g6pd2、g6pd4、g6pd5、g6pd6在以Glu作为氮源的条件下生长时，与WT无明显表型差异。 5、在Glu作为氮源的条件下生长时，G6PD3超表达基因的植株表型与WT无差异，说明提高G6PD3基因的表达量并不能使拟南芥植株更加适应Glu作为氮源的生长条件。 6、Glu作为氮源时，g6pd3的侧根数目较WT表现出更大程度地增加，g6pd3根成熟区也出现了更多的侧根原基，并且 WT 根的伸长区及成熟区细胞明显地长于g6pd3的。 7、基因表达检测结果显示，G6PD3基因对于外源NO3-以及Glu都有明显的响应，并且 NO3-与 Glu 诱导的基因并不相同，说明氮代谢相关基因对于这两种氮源会有不同的响应。 8、进一步研究表明，除了Glu以外，外源添加缬氨酸（Val）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、天冬氨酸（Asp）、脯氨酸（Pro）以及异亮氨酸（Ile）亦会使WT与g6pd3产生明显的表型差异，说明这些氨基酸也参与了拟南芥形态建成过程。 综上所述，我们研究发现G6PD3参与了氮代谢相关的形态建成过程。g6pd3表现出对一些氨基酸比WT更明显的不适应性，说明G6PD3可能通过一种特殊的方式参与到了氮代谢中，进而影响植物的形态建成过程。

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