拟南芥细胞周期蛋白依赖激酶G2的生理功能研究

摘要

植物从受精卵到成熟的孢子体，是通过细胞不断增殖、生长和分化实现的，因此细胞增殖是植物生长发育的基础。有丝分裂是真核细胞所特有的增殖方式，它是真核生物体细胞增殖的主要方式。具有有丝分裂能力的细胞具有细胞周期。它是指从一次细胞分裂完成，到下一次细胞分裂结束时的过程。一次有丝分裂，细胞遗传物质复制一次，分裂后将两套遗传物质均等分配给两个子细胞，这个机制保持了生物体的遗传稳定性。所以，细胞增殖及细胞周期的调控对生物的正常生长发育具有重要意义。
　　细胞周期蛋白依赖激酶和细胞周期蛋白是重要的细胞周期调控蛋白。两者结合形成二聚体结构并产生活性，可以将靶蛋白磷酸化，并实现其促进或抑制细胞周期的生理功能。因此他们被认为是调控细胞周期的关键调控元件。
　　拟南芥相对于其他真核生物，其基因组中含有更多的细胞周期调节基因。譬如，目前研究已经表明，拟南芥中有71个细胞周期调控蛋白编码基因，而酵母中只发现15个，人类也只发现23个。预示着在植物生长发育过程中存在更为复杂的细胞周期调控网络和机制。
　　CDKG2属于细胞周期蛋白激酶CDK家族G亚家族成员，本论文研究工作以拟南芥CDKG2为研究对象，发现其参与了拟南芥开花调控过程及逆境胁迫相应，并对其可能的作用机制进行了系统分析。希望从细胞周期调控的角度，发现调控植物花期转换和非生物胁迫反应的新功能基因，丰富植物开花调控及耐逆的分子机理，并为培育农作物新品种奠定理论基础及提供基因资源。
　　本论文的主要研究内容及结果如下:
　　研究中发现CDKG2的功能缺失突变体（cdkg2-1及cdkg2-2）在长日照下表现出早花的表型，而两个CDKG2过表达株系OE-1及OE-2则相对于野生型均表现出晚花性状，由此表明CDKG2基因参与了植物花期转换的调控。
　　随后分别研究了不同光周期、春化及赤霉素处理对cdkg2-1及cdkg2-2早花性状的影响，发现在长日照或短日照条件下，CDKG2功能缺失突变体均表现出早花性状，即对光周期响应正常;春化处理及GA处理后，突变体花期有所提前，且相对于野生型提前程度相同，即突变体对春化及GA反应正常。因此推测该突变体的早花性状可能是通过自主途径实现的。
　　此外CDKG2基因的时序及组织定位表达模式以及亚细胞定位表明，CDKG2在成熟组织表达量比幼嫩组织表达量高（如花粉、花瓣、花柄及雄蕊柄等），推测该基因的表达与组织分生能力负相关，可能对细胞分裂有阻滞效应，在细胞周期调控中起到“刹车闸”的作用。CDKG2与GFP融合蛋白的荧光观察显示，CDKG2蛋白表达主要定位于细胞核，可能与基因表达的调控相关。
　　此外，本研究还发现CDKG2参与了种子萌发过程。在盐胁迫条件下，与野生型相比，突变体萌发较早且萌发率高等其他性状，该现象预示着CDKG2还参与了植物植物生长发育过程中的逆境胁迫响应。