拟南芥类受体激酶BAK1和BKK1介导的细胞死亡的分子机理研究

摘要

拟南芥类受体激酶BAK1和BKK1参与多种生理过程，其中包括油菜素内酯信号途径和PRR介导的PTI途径。先前的研究发现bak1bkk1双突变体在正常的生长条件下能够自发的产生细胞死亡表型，而且这种细胞死亡表型的发生是依赖于光的。尽管已知BAK1和BKK1介导的细胞死亡可能与水杨酸有关，但其背后的分子机理和细胞死亡途径中的组分仍然未知。本论文中将光如何诱发细胞死亡作为切入点进行了深入、系统的研究，并且鉴定到ETI组分在细胞死亡信号通路中具有重要的作用。发现光能够诱发细胞死亡，但在黑暗条件下外源施加水杨酸同样可以重现出细胞死亡，说明光诱导的水杨酸积累才是细胞死亡发生的真正诱因。水杨酸合成和转运相关基因SID2和EDS5在bak1-4bkk1-1体内高度表达。当二者缺失突变体分别与bak1-3bkk1-1杂交后能够有效抑制细胞死亡表型的发生。除此之外，编码叶绿体重要组分基因THF1缺失突变也可抑制bak1-3bkk1-1的细胞死亡，说明光诱导叶绿体形态建成后水杨酸的爆发是细胞死亡产生的重要因素。由于水杨酸在植物抗病方面具有重要作用，因此对以上水杨酸相关突变体进行了抗病性实验，结果显示单突变体bak1-3和bkk1-1相较于野生型对Pst DC3000具有更强的感病性，而双突变体bak1-3bkk1-1却具有更强的抗病性。对flg22的响应实验证明bak1bkk1体内激活的免疫途径是ETI而非PTI。而进一步的遗传学数据表明，ETI途径重要组分RBB3、EDS1和PAD4参与该细胞死亡途径。在以上内容中首次揭示了BAK1和BKK1介导的细胞死亡的发生原因，该途径细胞死亡的发生是光诱发的水杨酸积累和ETI途径共同促成的结果。
　　除此之外，本论文中详细的论述了bak1bkk1的遗传抑制子sbb1（编码一个核孔蛋白）在该细胞死亡途径中的功能。遗传学实验证明SBB1缺失突变能够明显抑制bak1–3bkk1–1的细胞死亡症状。此外，与SBB1同属一个亚复合物的其它三个成员基因和一个DEAD-box RNA解旋酶基因DRH1缺失突变后同样可以极大程度的挽救细胞死亡表型。进一步研究发现这些突变体中的mRNA在细胞核中会发生明显的积累，表明mRNA在细胞核质间的分布对细胞死亡的发生具有重要的作用。
　　综上所述，本论文共得出如下结论：光诱导叶绿体形态建成后的水杨酸积累促发了BAK1和BKK1介导的细胞死亡的发生；ETI途径参与BAK1和BKK1介导的细胞死亡；NUP107-160部分成员和RNA解旋酶DRH1在BAK1和BKK1介导的细胞死亡中具有重要的作用，其突变体可能是通过影响某些水杨酸或ETI相关的转录本在核质间的分布来抑制细胞死亡发生的。

目录

声明

缩略词表

第一章 文献综述

1.1植物类受体激酶SERKs家族在植物细胞信号转导中的功能

1.1.1 植物类受体激酶概述

1.1.2 SERKs家族概述

1.1.3 SERKs家族功能多样性

1.2 水杨酸的合成、代谢和信号转导通路

1.2.1 水杨酸的合成通路与转运

1.2.2 水杨酸的代谢简介

1.2.3 水杨酸的信号途径

1.3 植物防卫反应信号途径

1.3.1 PTI和ETI概述

1.3.2 R蛋白概述

1.3.3 EDS1、PAD4和SAG101在抗病信号途径中的功能简介

1.4 核孔蛋白简介

1.5本研究的目的、内容及意义

第二章 光诱导的水杨酸积累与ETI途径共同导致bak1 bkk1的细胞死亡发生

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 实验材料及仪器设备

2.2.2 实验方法

2.3 结果与分析

2.3.1 bak1-4 bkk1-1细胞死亡的发生是依赖于光的

2.3.2 暗培养条件下外源施加水杨酸会引发bak1-4 bkk1-1细胞死亡的发生

2.3.3 BAK1和BKK1介导的细胞死亡不依赖于PIFs介导的光信号通路

2.3.4在bak1-4 bkk1-1中SID2和EDS5高水平表达

2.3.5 SID2和EDS5的缺失突变能够部分抑制细胞死亡表型

2.3.6 THF1缺失突变能够部分抑制细胞死亡的发生

2.3.7 bak1 bkk1表现出提高的抗病性和削弱的PTI

2.3.8 ETI组分EDS1和PAD4参与BAK1和BKK1介导的细胞死亡

2.3.9 RBB3参与BAK1和BKK1介导的细胞死亡

2.4 讨论

第三章 核孔蛋白SBB1正调控BAK1和BKK1介导的细胞死亡

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.2.1 实验材料及仪器设备

3.2.2 实验方法

3.3 结果与分析

3.3.1 SBB1突变能够抑制BAK1和BKK1介导的细胞死亡

3.3.2 SBB1回补在bak1-3 bkk1-1 sbb1-2中能够恢复细胞死亡表型

3.3.3 SBB1在bak1-3 bkk1-1中突变能够降低对水杨酸的敏感性

3.3.4 SEH1、NUP96、NUP160、DRH1缺失突变能够有效降低FMO1的表达

3.3.5 SBB1、SEH1、NUP96、NUP160、DRH1缺失突变能够有效抑制mRNA的出核

3.4 讨论

参考文献

附录

在校期间研究成果及科研活动

致谢